EP3494290B1 - Zylinderkopfhaubenmodul und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Zylinderkopfhaubenmodul und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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EP3494290B1
EP3494290B1 EP17748477.1A EP17748477A EP3494290B1 EP 3494290 B1 EP3494290 B1 EP 3494290B1 EP 17748477 A EP17748477 A EP 17748477A EP 3494290 B1 EP3494290 B1 EP 3494290B1
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EP
European Patent Office
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camshaft
cylinder head
bearing element
opening
cover body
Prior art date
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Active
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EP17748477.1A
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English (en)
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EP3494290A1 (de
Inventor
Heiko Schmid
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ThyssenKrupp AG
Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
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Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta TecCenter AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3494290A1 publication Critical patent/EP3494290A1/de
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Publication of EP3494290B1 publication Critical patent/EP3494290B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
    • F02F7/006—Camshaft or pushrod housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02—Arrangements of lubricant conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0476—Camshaft bearings

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder head cover module for arrangement on a cylinder head of an internal combustion engine and a method for producing such a cylinder head cover module with a cover body and a camshaft arranged therein, the cover body having an opening.
  • engine modules consist e.g. of a cylinder head cover module with one or more camshafts mounted in it. As part of the engine assembly, only this cylinder head module is then attached to the cylinder head of the engine.
  • WO 2016/116593 A1 discloses a cylinder head assembly having a housing and two camshafts.
  • the housing is formed by a frame structure which has two bearing aisles with several bearing seats arranged concentrically with one another.
  • Camshafts in cylinder head cover modules of this type are usually subjected to comparatively high loads when the corresponding internal combustion engine is in operation, particularly bending loads and forces. It is desirable to improve cylinder head cover modules so that the camshaft can withstand such high loads, bending loads, and forces.
  • a cylinder head cover module for arrangement on a cylinder head of an internal combustion engine and a method for producing such a cylinder head cover module with the features of the independent patent claims are proposed.
  • Advantageous configurations are the subject of the subclaims and the description below. Refinements and advantages of the cylinder head cover module according to the invention and the method according to the invention for producing such a cylinder head cover module emerge from the following description in an analogous manner.
  • the cylinder head cover module has a cover body and a camshaft arranged therein.
  • the hood body has an opening into which a bearing element is pressed.
  • the camshaft is rotatably mounted in the bearing element, expediently at one of its ends.
  • the bearing element seals the opening of the hood body from the outside.
  • the opening is sealed oil-tight and / or water-tight by the bearing element. It goes without saying that the hood body can also have several such openings, into each of which such a bearing element is pressed.
  • cylinder head cover module should be understood to mean a composite component which can be arranged on a cylinder head of an internal combustion engine.
  • hood body is to be understood as meaning a base body of the cylinder head cover module in which During the manufacturing process of the cylinder head cover module, other elements such as the camshaft are inserted and fixed.
  • the hood body can, for example, be cast or injection-molded, for example made of plastic.
  • the cylinder head cover module can have further useful elements, for example further bearings in which the camshaft is rotatably mounted.
  • the camshaft expediently comprises a tube or a support shaft on which a large number of cams are arranged.
  • other components can also be arranged on the support shaft, e.g. a camshaft encoder wheel for determining the angle of rotation of the camshaft and / or a pump cam for driving a fuel and / or injection pump.
  • the cylinder head cover module can also have several camshafts.
  • a bearing element can be pressed into a corresponding opening within the meaning of the invention.
  • the camshaft is introduced into the cover body and, in particular, aligned and fixed in the cover body.
  • the bearing element is pressed into the opening of the hood body in such a way that the camshaft is rotatably supported in the bearing element, in particular at one of its ends, and that the bearing element seals the opening of the hood body from the outside.
  • the opening in the hood body serves in particular to guide or precisely align the camshaft during the manufacturing process of the cylinder head cover module, for example by means of a so-called centering or guide lance, as will be described in detail below.
  • the bearing element advantageously has a slide bearing for the rotatable mounting of the camshaft.
  • the interior of the bearing element is expediently turned out and adapted to the dimensions of the plain bearing.
  • Such a slide bearing is particularly suitable for mounting the camshaft, since the sliding friction and the corresponding sliding resistance can be kept low and the heat generated can be effectively dissipated.
  • a lubricating fluid such as an appropriate oil, the camshaft can be supported particularly effectively.
  • the oil-tight, non-positive connection with the cylinder head cover module prevents the lubricant from escaping.
  • the bearing element preferably has a connection for supplying the sliding bearing with such a lubricating liquid.
  • the bearing element is for this purpose, in particular, pressed in oriented or appropriately aligned.
  • the bearing element preferably has a closure surface which is flush with the hood body.
  • the opening is closed in particular by this closure surface, so that the hood body has a self-contained jacket surface.
  • the bearing element is designed as a slide bearing block, with an opening of the slide bearing being arranged on one side of this slide bearing block, into which the end of the camshaft is introduced.
  • the sliding bearing block has, in particular, the closure surface which terminates with the hood body and seals it off.
  • the plain bearing and the closed surface are arranged at a certain distance from one another in the plain bearing block.
  • the bearing element is preferably made at least partially from aluminum.
  • the bearing element can be made light, compact, stable and inexpensive.
  • Another suitable material, for example plastic, is also conceivable.
  • the camshaft has a pump cam at one end or in the vicinity of the end.
  • This pump cam is used in particular to actuate a fuel and / or injection pump.
  • a fuel pump is provided in particular to deliver fuel from a fuel tank to injection valves or the injection pump of the internal combustion engine.
  • fuel is expediently delivered under high pressure through the injection valves into the combustion chamber of the cylinder or the intake pipe.
  • the camshaft is advantageously introduced into the hood body by introducing a support shaft and components to be connected to the support shaft, in particular cams and pump cams and / or a camshaft encoder wheel, into the hood body and connecting them to one another in the hood body.
  • the camshaft is thus modular and the individual modular elements of the camshaft are only assembled in the course of the manufacturing process of the cylinder head cover module.
  • the cylinder head cover module can thus be produced in a particularly simple and flexible manner.
  • the support shaft of the camshaft is advantageously introduced into the hood body through the opening or through a second opposite opening in the course of the manufacturing process.
  • a further bearing for example a sliding bearing
  • the support shaft or the assembled camshaft can be guided through the opening and / or also through the second opening, e.g. by means of a centering or guide lance.
  • the camshaft can be guided precisely through the opening or openings in the manufacturing process and after the camshaft has been fixed, the opening can be closed tightly by means of the bearing element.
  • the cylinder head cover module is produced by means of the so-called Presta 2 process developed by the applicant.
  • Presta 2 process developed by the applicant.
  • a detailed description of such a method is for example in DE 10 2010 045 047 A1 disclosed.
  • the components to be connected to the support shaft are preferably initially arranged in the hood body.
  • the components expediently have through openings through which the support shaft can be guided.
  • the components are arranged in the hood body in such a way that their through openings are aligned with the opening in the hood body.
  • a guide or centering lance in particular, can be used for this purpose.
  • the support shaft is advantageously cooled, for example by means of liquid nitrogen.
  • the hood body and the components to be connected to the support shaft are first heated.
  • the support shaft can be cooled to temperatures of down to -200 ° C, the components can be cooled to temperatures of can be heated up to + 200 ° C and the hood body in particular to temperatures in the range between 45 ° C and 65 ° C.
  • the support shaft thus contracts and its diameter is reduced.
  • the components and the hood body expand in the course of this.
  • the cooled support shaft is preferably inserted into the heated hood body and, in doing so, preferably guided through the through openings in the heated components.
  • the support shaft is inserted through the opening in the hood body or through the second opening.
  • the interior of the support shaft can be designed to be hollow and pushed over the centering lance.
  • the cooled, contracted support shaft can be guided particularly easily into the expanded hood body and through the expanded components.
  • the support shaft is then preferably heated, the components and the hood body are preferably cooled. This heating or cooling can take place actively, but an automatic temperature equalization can also take place and wait until the support shaft, hood body and components have reached room temperature.
  • the support shaft can then be precisely aligned in the hood body, in particular through the opening by means of centering lances, and the components can also be aligned relative to the support shaft.
  • the components can then be firmly connected to the support shaft, for example by pressing the components onto the support shaft.
  • the bearing element is then preferably pressed into the opening in such a way that the camshaft is rotatably mounted in the bearing element and the bearing element seals the opening of the hood body from the outside.
  • the bearing element can also be used at another, earlier point in time Manufacturing process are pressed into the opening.
  • the bearing element can also be pressed into the opening at the start of the manufacturing process.
  • the components are then arranged in the hood body, hood body and components are heated.
  • the support shaft is cooled, inserted through the second opening into the hood body and guided through the through openings and into the bearing element.
  • the hood body and components are then cooled down and the support shaft is heated.
  • FIG. 1 a conventional cylinder head cover module according to the prior art is shown schematically in a perspective sectional view and denoted by 100 '.
  • the cylinder head cover module 100 ′ is set up to be arranged on a cylinder head of an internal combustion engine, for example a motor vehicle.
  • the cylinder head cover module 100 ′ comprises a cover body 110 in which a first camshaft 210 and a second camshaft 220 are arranged.
  • the camshafts 210 and 220 are rotatably mounted in bearings, for example designed as slide bearings 120, which are arranged in the hood body 110.
  • the camshafts 210 and 220 each have a support shaft 211 and 221, to which a plurality of components are connected, namely cams 212 and 222 and a camshaft encoder wheel 213 and 223, respectively. At one end 215 The first camshaft 210 has a pump cam 214 which can drive an injection pump.
  • the hood body 110 has an opening 130 in a region near the end 215 of the first camshaft 210.
  • the first camshaft 210 can be guided via this opening 130 in the course of a manufacturing process for the cylinder head cover module 100 ′ relative to the cover body 110.
  • FIG 2 a preferred embodiment of a cylinder head cover module 100 according to the invention is shown schematically in a perspective sectional view.
  • the cover body 110 of the cylinder head cover module 100 is only partially shown schematically for reasons of clarity.
  • a bearing element 300 is arranged at the end 215 of the first camshaft 210. This bearing element 300 is pressed into the opening 130 of the hood body 110.
  • the bearing element 300 is preferably designed as a plain bearing block made of aluminum. In its interior, the bearing element 300 has a sliding bearing 310. The inside of the plain bearing block is turned out for this purpose and adapted to the dimensions of this plain bearing 310.
  • the first camshaft 210 is at the end 215 rotatably mounted in the bearing element 300 or in the sliding bearing 310 of the bearing element 300.
  • the bearing element 300 or the corresponding plain bearing block has a closure surface 320.
  • the opening 130 is closed by this closure surface 320 and the hood body 110 in particular has a self-contained jacket surface.
  • the bearing element 300 or the closure surface 320 thus seal the opening 130 of the hood body 110.
  • a corresponding opening in the hood body can also be provided for the second camshaft 220 and that a bearing element can also be pressed into this opening in a manner analogous to the above description.
  • Figure 3 is part of the cylinder head cover module 100 from Figure 2 shown schematically in a perspective sectional view.
  • the first camshaft 210 with the support shaft 211 and the pump cam 214 arranged at the end 215 is shown.
  • a connection 140 can be seen, via which the pump cam 214 can be connected to an injection pump.
  • the bearing element 300 is shown with slide bearing 310 and closure surface 320, which is pressed into opening 130.
  • FIG. 13 schematically shows a portion of the conventional cylinder head cover module 100 'according to the prior art Figure 1 shown schematically in a cross-sectional view.
  • a closure cover 150 is inserted into the opening 130 of the cover body 110 of the conventional cylinder head cover module 100 ′.
  • the end 215 of the first camshaft 210 is not supported in this conventional case, but hangs freely in the air.
  • the first camshaft 210 can usually not be a comparatively large one Withstand loads or forces.
  • the pump cam 214 in particular can lead to comparatively high bending loads.
  • Figure 4b a part of the preferred embodiment of the cylinder head cover module 100 according to the invention is from Figure 2 shown schematically in a cross-sectional view.
  • the end 215 is rotatably mounted in the slide bearing 310 of the bearing element 300.
  • the first camshaft 210 can thus withstand greater loads, in particular greater bending loads from the pump cam 214, than in the case of FIG Figure 4a .

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zylinderkopfhaubenmodul zur Anordnung auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Zylinderkopfhaubenmoduls mit einem Haubenkörper und einer darin angeordneten Nockenwelle, wobei der Haubenkörper eine Öffnung aufweist.
    • Stand der Technik
  • Um den Montageaufwand beim Zusammenbau einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu verringern und die Lagerhaltungs- und Logistikkosten bei der Motormontage zu reduzieren, werden den Automobilherstellern von den Zulieferern bereits fertig zusammengebaute Motormodule unmittelbar an das Montageband geliefert. Solche Motormodule bestehen z.B. aus einem Zylinderkopfhaubenmodul mit einer oder mehreren darin gelagerten Nockenwellen. Im Rahmen des Motorzusammenbaus wird dann lediglich dieses Zylinderkopfmodul an dem Zylinderkopf des Motors befestigt.
  • Aus der DE 10 2010 045 047 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Zusammenbau eines Moduls für einen Kraftfahrzeugmotor mit mindestens einem Zylinderkopfhaubenmodul und einer darin gelagerten Nockenwelle bekannt.
  • Gemäß WO 2016/116593 A1 ist eine Zylinderkopfbaugruppe mit einem Gehäuse und zwei Nockenwellen offenbart. Das Gehäuse ist durch eine Rahmenstruktur gebildet, die zwei Lagergassen mit mehreren zueinander konzentrisch angeordneten Lagersitzen aufweist.
  • Nockenwellen in derartigen Zylinderkopfhaubenmodulen werden im Betrieb der entsprechenden Brennkraftmaschine zumeist vergleichsweise hohen Belastungen, insbesondere Biegebelastungen, und Kräften ausgesetzt. Es ist wünschenswert, Zylinderkopfhaubenmodule dahingehend zu verbessern, dass die Nockenwelle derartigen hohen Belastungen, Biegebelastungen und Kräften standhalten kann.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Zylinderkopfhaubenmodul zur Anordnung auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Zylinderkopfhaubenmoduls mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Ausgestaltungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaubenmoduls sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines derartigen Zylinderkopfhaubenmoduls ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in analoger Art und Weise.
  • Das Zylinderkopfhaubenmodul weist einen Haubenkörper und eine darin angeordnete Nockenwelle auf. Der Haubenkörper weist eine Öffnung auf, in welche ein Lagerelement eingepresst ist. Die Nockenwelle ist in dem Lagerelement drehbar gelagert, zweckmäßigerweise an einem ihrer Enden. Das Lagerelement dichtet die Öffnung des Haubenkörpers nach außen ab. Insbesondere ist die Öffnung durch das Lagerelement öldicht und/oder wasserdicht abgedichtet. Es versteht sich, dass der Haubenkörper auch mehrere derartige Öffnungen aufweisen kann, in welche jeweils ein derartiges Lagerelement eingepresst ist.
  • In diesem Zusammenhang sei unter dem Begriff "Zylinderkopfhaubenmodul" ein zusammengesetztes Bauteil zu verstehen, welches auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnet werden kann. Unter dem Begriff "Haubenkörper" sei ein Grundkörper des Zylinderkopfhaubenmoduls zu verstehen, in welchen während des Herstellungsprozesses des Zylinderkopfhaubenmoduls weitere Elemente wie die Nockenwelle eingebracht und fixiert werden. Der Haubenkörper kann beispielsweise gegossen oder gespritzt sein, z.B. aus Kunststoff.
  • Das Zylinderkopfhaubenmodul kann weitere zweckmäßige Elemente aufweisen, beispielsweise weitere Lager, in welchen die Nockenwelle drehbar gelagert ist. Die Nockenwelle umfasst zweckmäßigerweise ein Rohr bzw. eine Tragwelle, auf welcher eine Vielzahl von Nocken angeordnet ist. Neben den Nocken können noch weitere Bauteile auf der Tragwelle angeordnet sein, z.B. ein Nockenwellengeberrad für die Bestimmung eines Drehwinkels der Nockenwelle und/oder ein Pumpennocken zum Antreiben einer Kraftstoff- und/oder Einspritzpumpe.
  • Es versteht sich, dass das Zylinderkopfhaubenmodul auch mehrere Nockenwellen aufweisen kann. Es kann für mehrere oder alle dieser Nockenwellen ein Lagerelement in eine entsprechende Öffnung im Sinne der Erfindung gepresst sein.
  • Im Zuge des Verfahrens zum Herstellen eines derartigen Zylinderkopfhaubenmoduls wird die Nockenwelle in den Haubenkörper eingebracht und insbesondere in dem Haubenkörper ausgerichtet und fixiert. In die Öffnung des Haubenkörpers wird das Lagerelement derart eingepresst, dass die Nockenwelle in dem Lagerelement drehbar gelagert ist, insbesondere an einem ihrer Enden, und dass das Lagerelement die Öffnung des Haubenkörpers nach außen abdichtet. Die Öffnung des Haubenkörpers dient insbesondere dazu, die Nockenwelle während des Herstellungsprozesses des Zylinderkopfhaubenmoduls zu führen bzw. präzise ausrichten zu können, beispielsweise mittels einer sog. Zentrier- bzw. Führungslanze, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird.
  • In herkömmlichen Zylinderkopfhaubenmodulen wird die Öffnung, nachdem die Nockenwelle ausgerichtet und fixiert ist, beispielsweise mittels eines Verschlussdeckels verschlossen, welcher in die Öffnung lediglich eingesteckt wird. Das entsprechende Ende der Nockenwelle ist dabei nicht gelagert, sondern hängt frei in der Luft. Bei derartigen herkömmlichen Zylinderkopfhaubenmodulen ist es nachteilig, dass die Nockenwelle an diesem Ende keinen vergleichsweise großen Belastungen bzw. Biegebelastungen standhalten kann. Wenn die Nockenwelle bei derartigen herkömmlichen Zylinderkopfhaubenmodulen vergleichsweise hohe Kräften bzw. Belastungen ausgesetzt werden soll, wird ein weiteres Lager in die Haube gedreht oder das letzte Lager stark verlängert, was gegebenenfalls zu einer Verlängerung des gesamten Zylinderkopfhaubenmoduls führt und eine Gewichtserhöhung sowie erhöhten Platzbedarf mit sich bringt. Auch kann durch das Einstecken eines Verschlussdeckels zumeist nicht gewährleistet werden, dass das Zylinderkopfhaubenmodul dicht verschlossen bzw. nach außen abgedichtet ist.
  • Im Gegensatz dazu können bei einem erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaubenmodul durch konstruktiv aufwandsarmes Einpressen des Lagerelements im Herstellungsprozess verbesserte Eigenschaften und Vorteile erreicht werden. Es kann eine verbesserte Lagerung der Nockenwelle gewährleistet werden, wodurch die Nockenwelle mehr Kräfte aufnehmen und größeren Belastungen ausgesetzt werden kann. Gleichzeitig wird ein Abdichten des Zylinderkopfhaubenmoduls nach außen erreicht. Durch diese Presspassung zwischen Lagerelement und Zylinderkopfhaubenmodul und die entsprechende kraftschlüssige Verbindung schließen diese beiden Elemente dicht miteinander ab, so dass keine Flüssigkeiten, insbesondere Öl und/oder Waser, oder Fremdkörper in das Zylinderkopfhaubenmodul eindringen können. Weiterhin kann sich diese kraftschlüssige Verbindung nicht einfach lösen.
  • Vorteilhafterweise weist das Lagerelement ein Gleitlager zur drehbaren Lagerung der Nockenwelle auf. Das Innere des Lagerelements ist zweckmäßigerweise ausgedreht und auf die Maße des Gleitlagers angepasst. Ein derartiges Gleitlager bietet sich besonders für die Lagerung der Nockenwelle an, da die Gleitreibung und der entsprechende Gleitwiderstand gering gehalten werden können und erzeugte Wärme effektiv abgeleitet werden kann. Insbesondere durch Verwendung einer Schmierflüssigkeit, z.B. eines zweckmäßigen Öls, kann die Nockenwelle besonders effektiv gelagert werden. Ein Austreten der Schmierflüssigkeit ist aufgrund der öldichten kraftschlüssigen Verbindung mit dem Zylinderkopfhaubenmodul verhindert.
  • Vorzugsweise weist das Lagerelement einen Anschluss zur Versorgung des Gleitlagers mit einer derartigen Schmierflüssigkeit auf. Das Lagerelement wird im Zuge des Herstellungsprozesses zu diesem Zweck insbesondere orientiert bzw. entsprechend ausgerichtet eingepresst.
  • Bevorzugt weist das Lagerelement eine Verschlussfläche auf, welche mit dem Haubenkörper abschließt. Wenn das Lagerelement in den Haubenkörper gepresst ist, wird die Öffnung insbesondere von dieser Verschlussfläche verschlossen, so dass der Haubenkörper eine in sich geschlossene Mantelfläche aufweist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Lagerelement als ein Gleitlagerklotz ausgebildet, wobei auf einer Seite dieses Gleitlagerklotzes eine Öffnung des Gleitlagers angeordnet ist, in welche das Ende der Nockenwelle eingebracht ist. Auf der dieser Öffnung gegenüberliegenden Seite weist der Gleitlagerklotz insbesondere die Verschlussfläche auf, welche mit dem Haubenkörper abschließt und diesen abdichtet. Insbesondere sind das Gleitlager und die geschlossene Fläche mit einem bestimmten Abstand zueinander in dem Gleitlagerklotz angeordnet.
  • Das Lagerelement ist vorzugsweise zumindest teilweise aus Aluminium gefertigt. Somit kann das Lagerelement leicht, kompakt, stabil und kostengünstig gebaut werden. Auch die Verwendung eines anderen zweckmäßigen Materials, beispielsweise Kunststoff, ist ebenfalls denkbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Nockenwelle an einem Ende bzw. in der Nähe des Endes einen Pumpennocken auf. Dieser Pumpennocken dient insbesondere zur Betätigung einer Kraftstoff- und/oder Einspritzpumpe. Eine derartige Kraftstoffpumpe ist insbesondere dazu vorgesehen, Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu Einspritzventilen oder der Einspritzpumpe des Verbrennungsmotors zu fördern. Mittels einer derartigen Einspritzpumpe wird Kraftstoff zweckmäßigerweise unter hohem Druck durch die Einspritzventile in den Brennraum des Zylinders oder das Ansaugrohr gefördert. Durch Anordnung eines derartigen Pumpennockens am Ende der Nockenwelle kommt es insbesondere zu einer vergleichsweise großen Biegebelastung, welche durch das Lagerelement effektiv kompensiert werden kann. Es versteht sich, dass an dem Ende der Nockenwelle auch andere zweckmäßige Bauteile angeordnet sein können, z.B. ein Nockenwellengeberrad.
  • Vorteilhafterweise wird die Nockenwelle in den Haubenkörper eingebracht, indem eine Tragwelle und mit der Tragwelle zu verbindende Bauteile, insbesondere Nocken sowie Pumpennocken und/oder ein Nockenwellengeberrad, in den Haubenkörper eingebracht werden und in dem Haubenkörper miteinander verbunden werden. Die Nockenwelle ist somit modular ausgebildet und die einzelnen modularen Elemente der Nockenwelle werden erst im Zuge des Herstellungsprozesses des Zylinderkopfhaubenmoduls zusammengebaut. Das Zylinderkopfhaubenmodul kann somit auf besonders einfache und flexible Weise hergestellt werden.
  • Vorteilhafterweise wird die Tragwelle der Nockenwelle im Zuge des Herstellungsverfahrens durch die Öffnung oder durch eine zweite gegenüberliegende Öffnung in den Haubenkörper eingebracht. In dieser zweiten Öffnung kann beispielsweise ein weiteres Lager, z.B. ein Gleitlager, angeordnet sein, durch welches die Tragwelle in den Haubenkörper eingebracht wird. Wie bereits erläutert, kann die Tragwelle bzw. die zusammengebaute Nockenwelle durch die Öffnung und/oder auch durch die zweite Öffnung geführt werden, z.B. mittels einer Zentrier- bzw. Führungslanze. Somit kann die Nockenwelle durch die Öffnung bzw. Öffnungen im Herstellungsprozess präzise geführt werden und nach der Fixierung der Nockenwelle kann die Öffnung mittels des Lagerelements dicht verschossen werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Zylinderkopfhaubenmodul mittels des von der Anmelderin entwickelten sog. Presta2 Verfahrens hergestellt. Eine detaillierte Beschreibung eines derartigen Verfahrens wird beispielsweise in der DE 10 2010 045 047 A1 offenbart.
  • Vorzugsweise werden die mit der Tragwelle zu verbindenden Bauteile zunächst in dem Haubenkörper angeordnet. Die Bauteile weisen zweckmäßigerweise Durchgangsöffnungen auf, durch welche die Tragwelle geführt werden kann. Insbesondere werden die Bauteile derart in dem Haubenkörper angeordnet, dass ihre Durchgangsöffnungen mit der Öffnung in dem Haubenkörper fluchten. Zu diesem Zweck kann insbesondere eine Führungs- bzw. Zentrierlanze verwendet werden.
  • Vorteilhafterweise wird die Tragwelle abgekühlt, beispielsweise mittels flüssigen Stickstoffs. Der Haubenkörper und die mit der Tragwelle zu verbindenden Bauteile werden zunächst erwärmt. Beispielsweise kann die Tragwelle auf Temperaturen von bis zu -200°C abgekühlt werden, die Bauteile können auf Temperaturen von bis zu +200°C erwärmt werden und der Haubenkörper insbesondere auf Temperaturen im Bereich zwischen 45°C und 65°C. Die Tragwelle zieht sich somit zusammen und ihr Durchmesser wird verringert. Die Bauteile und der Haubenkörper dehnen sich im Zuge dessen aus.
  • Die abgekühlte Tragwelle wird vorzugsweise in den erwärmten Haubenkörper eingeführt und dabei bevorzugt durch die Durchgangsöffnungen in den erwärmten Bauteilen hindurch geführt. Insbesondere wird die Tragwelle durch die Öffnung in dem Haubenkörper oder durch die zweite Öffnung eingeführt. Beispielsweise kann die Tragwelle in ihrem Inneren hohl ausgebildet sein und über die Zentrierlanze geschoben werden. Die abgekühlte, zusammengezogene Tragwelle lässt sich besonders einfach in den ausgedehnten Haubenkörper sowie durch die ausgedehnten Bauteile führen.
  • Die Tragwelle wird daraufhin vorzugsweise erwärmt, die Bauteile und der Haubenkörper werden bevorzugt abgekühlt. Diese Erwärmung bzw. Abkühlung kann aktiv erfolgen, es kann jedoch auch ein automatischer Temperaturausgleich erfolgen und abgewartet werden, bis Tragwelle, Haubenkörper und Bauteile Raumtemperatur erreicht haben. Die Tragwelle kann daraufhin präzise in dem Haubenkörper ausgerichtet werden, insbesondere durch die Öffnung hindurch mittels Zentrierlanzen, und ebenso können die Bauteile relativ zu der Tragwelle ausgerichtet werden. Anschließend können die Bauteile fest mit der Tragwelle verbunden werden, beispielsweise indem die Bauteile auf die Tragwelle aufgepresst werden.
  • Vorzugsweise wird das Lagerelement daraufhin derart in die Öffnung eingepresst, dass die Nockenwelle in dem Lagerelement drehbar gelagert ist und das Lagerelement die Öffnung des Haubenkörpers nach außen abdichtet. Das Lagerelement kann auch zu einem anderem, früheren Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens in die Öffnung eingepresst werden. Beispielsweise kann das Lagerelement auch zu Beginn des Herstellungsverfahrens in die Öffnung eingepresst werden. Anschließend werden die Bauteile in dem Haubenkörper angeordnet, Haubenkörper und Bauteile werden erwärmt. Die Tragwelle wird abgekühlt, durch die zweite Öffnung in den Haubenkörper eingeführt und dabei durch die Durchgangsöffnungen und in das Lagerelement geführt. Anschließend werden Haubenkörper und Bauteile abgekühlt, und die Tragwelle wird erwärmt.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Figurenbeschreibung
    • Figur 1
    zeigt schematisch ein herkömmliches Zylinderkopfhaubenmodul nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Schnittansicht.
    Figur 2
    zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaubenmoduls in einer perspektivischen Schnittansicht.
    Figur 3
    zeigt schematisch einen Teil einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaubenmoduls in einer perspektivischen Schnittansicht.
    Figur 4
    zeigt schematisch einen Teil eines herkömmlichen Zylinderkopfhaubenmoduls nach dem Stand der Technik (Fig. 4a) sowie einen Teil einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaubenmoduls (Fig. 4b) jeweils in einer Querschnittansicht.
  • In den Figuren 1 bis 4(b) bezeichnen identische Bezugszeichen jeweils gleiche oder baugleiche Elemente und werden nicht gesondert erläutert.
  • In Figur 1 ist ein herkömmliches Zylinderkopfhaubenmodul nach dem Stand der Technik schematisch in einer perspektivischen Schnittansicht dargestellt und mit 100' bezeichnet. Das Zylinderkopfhaubenmodul 100' ist dazu eingerichtet, auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, angeordnet zu werden.
  • Das Zylinderkopfhaubenmodul 100' umfasst einen Haubenkörper 110, in welchem eine erste Nockenwelle 210 und eine zweite Nockenwelle 220 angeordnet sind. Die Nockenwellen 210 und 220 sind in beispielsweise als Gleitlager 120 ausgebildeten Lagern drehbar gelagert, welche in dem Haubenkörper 110 angeordnet sind.
  • Die Nockenwellen 210 bzw. 220 weisen jeweils eine Tragwelle 211 bzw. 221 auf, mit welcher jeweils eine Vielzahl von Bauteilen verbunden ist, namentlich Nocken 212 bzw. 222 sowie ein Nockenwellengeberrad 213 bzw. 223. An einem Ende 215 der ersten Nockenwelle 210 ist ein Pumpennocken 214 angeordnet, welcher eine Einspritzpumpe antreiben kann.
  • Der Haubenkörper 110 weist eine Öffnung 130 in einem Bereich nahe dem Ende 215 der ersten Nockenwelle 210 auf. Über diese Öffnung 130 kann die erste Nockenwelle 210 im Zuge eines Herstellungsprozesses des Zylinderkopfhaubenmoduls 100' relativ zu dem Haubenkörper 110 geführt werden.
  • In einem derartigen herkömmlichen Zylinderkopfhaubenmodul 100' ist in diese Öffnung 130 ein Verschlussdeckel eingesteckt. Gegebenenfalls kann mittels eines derartigen Verschlussdeckels jedoch nicht gewährleistet werden, dass das Zylinderkopfhaubenmodul 100' dicht verschlossen und komplett abgedichtet ist.
  • Im Gegensatz dazu ist in Figur 2 eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaubenmoduls 100 in einer perspektivischen Schnittansicht schematisch dargestellt. Der Haubenkörper 110 des Zylinderkopfhaubenmoduls 100 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise schematisch dargestellt.
  • Wie in Figur 2 zu erkennen ist, ist an dem Ende 215 der ersten Nockenwelle 210 ein Lagerelement 300 angeordnet. Dieses Lagerelement 300 ist in die Öffnung 130 des Haubenkörpers 110 gepresst.
  • Das Lagerelement 300 ist vorzugsweise als ein Gleitlagerklotz aus Aluminium ausgebildet. In seinem Inneren weist das Lagerelement 300 ein Gleitlager 310 auf. Das Innere des Gleitlagerklotzes ist zu diesem Zweck ausgedreht und auf die Maße dieses Gleitlagers 310 angepasst. Die erste Nockenwelle 210 ist an dem Ende 215 in dem Lagerelement 300 bzw. in dem Gleitlager 310 des Lagerelements 300 drehbar gelagert.
  • Weiterhin weist das Lagerelement 300 bzw. der entsprechende Gleitlagerklotz eine Verschlussfläche 320 auf. Wenn das Lagerelement 300 in die Öffnung 130 des Haubenkörpers 110 gepresst ist, wird die Öffnung 130 von dieser Verschlussfläche 320 verschlossen und der Haubenkörper 110 weist insbesondere eine in sich geschlossene Mantelfläche auf. Das Lagerelement 300 bzw. die Verschlussfläche 320 dichten somit die Öffnung 130 des Haubenkörpers 110 ab.
  • Es versteht sich, dass auch für die zweite Nockenwelle 220 eine entsprechende Öffnung in dem Haubenkörper vorgesehen sein kann und dass auch in diese Öffnung ein Lagerelement analog zu obiger Beschreibung eingepresst sein kann.
  • In Figur 3 ist ein Teil des Zylinderkopfhaubenmoduls 100 aus Figur 2 schematisch in einer perspektivischen Schnittansicht dargestellt. In Figur 3 ist die erste Nockenwelle 210 mit der Tragwelle 211 und dem am Ende 215 angeordneten Pumpennocken 214 dargestellt. Dabei ist eine Verbindung 140 zu erkennen, über welche der Pumpennocken 214 mit einer Einspritzpumpe verbunden werden kann. Weiterhin ist in Figur 3 das Lagerelement 300 mit Gleitlager 310 und Verschlussfläche 320 dargestellt, welches in die Öffnung 130 gepresst ist.
  • In Figur 4a ist schematisch ein Teil des herkömmlichen Zylinderkopfhaubenmoduls 100' nach dem Stand der Technik aus Figur 1 in einer Querschnittansicht schematisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist in die Öffnung 130 des Haubenkörpers 110 des herkömmlichen Zylinderkopfhaubenmoduls 100' ein Verschlussdeckel 150 eingesteckt. Das Ende 215 der ersten Nockenwelle 210 ist in diesem herkömmlichen Fall nicht gelagert, sondern hängt frei in der Luft. Die erste Nockenwelle 210 kann dabei zumeist keinen vergleichsweise großen Belastungen bzw. Kräften standhalten. Insbesondere durch den Pumpennocken 214 kann es jedoch zu vergleichsweise hohen Biegebelastungen kommen.
  • In Figur 4b ist im Vergleich dazu ein Teil der bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaubenmoduls 100 aus Figur 2 in einer Querschnittansicht schematisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist das Ende 215 in dem Gleitlager 310 des Lagerelements 300 drehbar gelagert. Die erste Nockenwelle 210 kann somit größeren Belastungen, insbesondere größeren Biegebelastungen durch den Pumpennocken 214 standhalten, als im Fall von Figur 4a.
    • Bezugszeichenliste
    • 100' Zylinderkopfhaubenmodul nach dem Stand der Technik
    • 100 Zylinderkopfhaubenmodul gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
    • 110 Haubenkörper
    • 120 Lager, Gleitlager
    • 130 Öffnung des Haubenkörpers
    • 140 Verbindung zu einer Einspritzpumpe
    • 150 Verschlussdeckel
    • 210 erste Nockenwelle
    • 211 Tragwelle
    • 212 Nocken
    • 213 Nockenwellengeberrad
    • 214 Pumpennocken
    • 215 Ende der ersten Nockenwelle
    • 220 zweite Nockenwelle
    • 221 Tragwelle
    • 222 Nocken
    • 223 Nockenwellengeberrad
    • 300 Lagerelement
    • 310 Gleitlager
    • 320 Verschlussfläche

Claims (9)

  1. Zylinderkopfhaubenmodul (100) zur Anordnung auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, wobei das Zylinderkopfhaubenmodul (100) einen Haubenkörper (110) und eine darin angeordnete Nockenwelle (210) aufweist und wobei der Haubenkörper (110) eine Öffnung (130) aufweist, wobei
    in die Öffnung (130) ein Lagerelement (300) eingepresst ist, wobei die Nockenwelle (210) in dem Lagerelement (300) drehbar gelagert ist und wobei das Lagerelement (300) die Öffnung (130) des Haubenkörpers (110) nach außen abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Lagerelement (300) eine Verschlussfläche (320) aufweist, welche mit dem Haubenkörper (110) abschließt, so dass der Haubenkörper (110) eine in sich geschlossene Mantelfläche aufweist.
  2. Zylinderkopfhaubenmodul (100) nach Anspruch 1, wobei das Lagerelement (300) ein Gleitlager (310) zur drehbaren Lagerung der Nockenwelle (210) aufweist.
  3. Zylinderkopfhaubenmodul (100) nach Anspruch 2, wobei das Lagerelement (300) einen Anschluss zur Versorgung des Gleitlagers (310) mit einer Schmierflüssigkeit aufweist.
  4. Zylinderkopfhaubenmodul (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lagerelement (300) zumindest teilweise aus Aluminium gefertigt ist.
  5. Zylinderkopfhaubenmodul (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nockenwelle (210) an einem Ende (215) einen Pumpennocken (214) aufweist.
  6. Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfhaubenmoduls (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Nockenwelle (210) in einen Haubenkörper (110) eingebracht wird, wobei
    in eine Öffnung (130) des Haubenkörpers (110) ein Lagerelement (300) derart eingepresst wird, dass die Nockenwelle (210) in dem Lagerelement (300) drehbar gelagert ist und dass das Lagerelement (300) die Öffnung (130) des Haubenkörpers (110) nach außen abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (300) eine Verschlussfläche (320) aufweist, welche mit dem Haubenkörper (110) abschließt, so dass der Haubenkörper (110) eine in sich geschlossene Mantelfläche aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Nockenwelle (210) in den Haubenkörper (110) eingebracht wird, indem eine Tragwelle (211) und mit der Tragwelle (211) zu verbindende Bauteile (212, 213, 214) in den Haubenkörper (110) eingebracht werden und in dem Haubenkörper (110) miteinander zur Nockenwelle (210) verbunden werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Tragwelle (211) der Nockenwelle (210) durch die Öffnung (130) oder durch eine zweite der Öffnung (130) gegenüberliegende Öffnung in den Haubenkörper (110) eingebracht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    wobei die Tragwelle (211) zunächst abgekühlt wird und wobei die mit der Tragwelle (211) zu verbindenden Bauteile (212, 213, 214) und der Haubenkörper (110) zunächst erwärmt werden,
    wobei die abgekühlte Tragwelle (211) in den erwärmten Haubenkörper (110) eingeführt und dabei durch Durchgangsöffnungen in den erwärmten Bauteilen (212, 213, 214) hindurch geführt wird,
    wobei die Tragwelle (211) erwärmt wird und wobei die Bauteile (212, 213, 214) und der Haubenkörper (110) abgekühlt werden und
    wobei das Lagerelement (300) in die Öffnung (130) des Haubenkörpers (110) derart eingepresst wird, dass die Nockenwelle (210) in dem Lagerelement (300) drehbar gelagert ist und das Lagerelement (300) die Öffnung (130) des Haubenkörpers (110) nach außen abdichtet.
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