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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zylinderkopfhaube für einen
Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus
der
WO 2006/021545 ist
eine Zylinderkopfhaube bekannt, bei der der Verbindungsbereich und
der Dichtungsbereich unabhängig voneinander ausgebildet
und örtlich getrennt sind. Durch die besondere Gestaltung
des Dichtungsbereiches schließt die von dem Dichtungselement übertragene
Dichtkraft einen Winkel mit der vertikalen Befestigungsrichtung
der Zylinderkopfhaube ein, wodurch sich eine laterale, insbesondere
radiale Dichtkraftkomponente einstellt. Aufgrund dieser Ausführung
mit lateral wirkender Dichtung sind die Rückstellkräfte,
welche im Bereich der Verbindungselemente auf die Zylinderkopfhaube
wirken, stark reduziert. Die Verbindungselemente müssen
lediglich die Funktion einer Verliersicherung übernehmen.
Dies hat zur Folge, dass zum einen das Dichtungselement in vertikaler Richtung,
d. h. in Richtung der Befestigungskraft, nur gering beansprucht
ist, und zum anderen – aufgrund der geringen Größe
der Befestigungskraft – auch nur eine geringe Anzahl von
Verbindungselementen erforderlich ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfhaube zu
schaffen, die ohne zusätzliche Befestigungselemente am
Zylinderkopf be festigt werden kann, indem bereits für andere
Komponenten verwendete Befestigungselemente zusätzlich zur
Befestigung der Zylinderkopfhaube genutzt werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßig Weiterbildungen an.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube werden
die Befestigungselemente zur Befestigung der Lagerschalen am Motorblock
genutzt, um die Zylinderkopfhaube zu befestigen. Bei modernen Brennkraftmaschinen
wird das Lager einer Welle, beispielsweise der Nockenwelle, üblicherweise
durch je zwei Lagerschalen gebildet. Eine Lagerschale ist motorfest
am Zylinderkopf befestigt, die korrespondierende Lagerschale wird
auf die erste Lagerschale aufgesetzt und mit dieser verschraubt.
Bei diesem Schraubvorgang wird die erfindungsgemäße
Zylinderkopfhaube mit befestigt. Es sind somit keine zusätzlichen
Befestigungselemente zum Befestigen der Zylinderkopfhaube notwendig.
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In
einer ersten Ausführungsform sind die Lagerschalen durch
die Zylinderkopfhaube durchgesteckt und die Durchgangsbohrung mittels
einer geeigneten eingelegten Dichtung gegen die Zylinderkopfhaube
abgedichtet. Durch die Ausführung der Lagerschalen als
separates Bauteil ist eine Vormontage der Welle im Zylinderkopf
möglich, bevor die Zylinderkopfhaube montiert wird. Die
Zylinderkopfhaube wird auf die vormontierten La gerschalen aufgelegt und
mit den Befestigungselementen der Lagerschalen befestigt. Im Reparatur-
oder Servicefall kann die Zylinderkopfhaube nach Lösen
der Befestigungselemente vom Zylinderkopf abgenommen werden, ohne die
Lagerstellen demontieren zu müssen.
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Die
Zylinderkopfhaube kann Funktionsintegrationen aufweisen, wie beispielsweise
einen integrierten Luftverteiler 11 zur Verteilung der
Verbrennungsluft für die Brennkraftmaschine von einem Lufteintritt über
einen Luftsammelraum in die einzelnen Luftkanäle, die zum
Verbrennungsraum führen. In die Zylinderkopfhaube können
auch andere Funktionen integriert sein, wie beispielsweise eine Ölabscheidung,
die aus dem ölhaltigen Blow-by-Gas das Öl abscheidet,
während das Gas der Verbrennungsluft zugeführt
wird. Auch ein Luftfilter zur Filtration der Umgebungsluft vor Eintritt
in den Luftverteiler 11 kann in die Zylinderkopfhaube integriert
sein.
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Durch
die Ausführung der Lagerschalen als separate Bauteile und
der Abdichtung der Lagerschalen zu der Zylinderkopfhaube ist es
möglich, durch eine geeignete Geometrie eine schallisolierende
Entkopplung der Zylinderkopfhaube vom Motorblock zu erreichen. Die
Dichtelemente sind so angeordnet, dass kein direkter Kontakt zwischen
dem Material der Zylinderkopfhaube und dem Motorblock besteht. Im
Bereich der Lagerschalen befinden sich die Dichtelemente zwischen
der Lagerschale und der Zylinderkopfhaube. Die am Rande der Zylinderkopfhaube
umlaufende Dichtung trennt die Zylinderkopfhaube von dem Motorblock.
Sind zusätzliche Dicht elemente beispielsweise an den Kerzenschächten
der Zylinderkopfhaube vorgesehen, so sind auch diese Dichtelemente
zwischen Motorblock und Zylinderkopfhaube angeordnet.
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Die
Zylinderkopfhaube kann über die Lagerschalen entweder an
dem Zylinderkopf oder an einem Leiterrahmen, der am Zylinderkopf
montiert ist, befestigt sein. Dieser Leiterrahmen ist zwischen Zylinderkopf
und Zylinderkopfhaube angeordnet und bildet die unteren Lagerschalen
aus. Je nach Befestigungssituation ist die Zylinderkopfhaube an
der Durchführung der Lagerschalen und zum Zylinderkopf
oder Leiterrahmen hin abgedichtet.
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In
einer zweiten Ausführungsform sind die Lagerschalen von
dem Material der Zylinderkopfhaube umspritzt und mit dieser untrennbar
verbunden. Es sind somit keine zusätzlichen Dichtmittel
erforderlich, um die Lagerschalen gegen die Zylinderkopfhaube abzudichten.
Die Lagerschalen werden mit der Zylinderkopfhaube zusammen auf dem
Zylinderkopf oder dem Leiterrahmen montiert. Die Abdichtung der
umspritzten Lagerschalen zu der Zylinderkopfhaube kann durch einen
elastischen Bereich der Zylinderkopfhaube um die Lagerschalen herum
erreicht werden. Alternativ kann die Abdichtung zwischen Zylinderkopfhaube
und Lagerschale auch durch eine Labyrinthdichtung erreicht werden,
bei der die Lagerschale im Kontaktbereich zur Zylinderkopfhaube
eine spezielle Geometrie aufweist, die die Kontaktstelle zwischen
Zylinderkopfhaube und Lagerschale abdichtet.
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Die
Zylinderkopfhaube kann in einer bevorzugten Ausführungsform
aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise einem gefüllten
Polyamid, hergestellt werden. Es ist darüber hinaus denkbar,
die Zylinderkopfhaube aus einem duroplastischen Werkstoff herzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen.
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Es
zeigen:
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1 die
Draufsicht auf die Zylinderkopfhaube,
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2 eine
perspektivische Unteransicht der Zylinderkopfhaube,
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3 eine
Lagerschale zum Einsetzen in die Zylinderkopfhaube,
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4 einen
Schnitt durch die Zylinderkopfhaube mit der Darstellung der eingesetzten
Lagerschalen,
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5 die
Draufsicht auf eine Zylinderkopfhaube mit umspritzten Lagerschalen,
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6 eine
perspektivische Unteransicht der Zylinderkopfhaube mit umspritzten
Lagerschalen,
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7 eine
Lagerschale, die zum Umspritzen geeignet ist,
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8 einen
Schnitt durch die Zylinderkopfhaube mit umspritzten Lagerschalen.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt
in der Draufsicht eine Zylinderkopfhaube 10 mit einem integrierten
Luftverteiler 11 und einer Ölabscheidung 12.
In Längsrichtung verlaufen Öffnungen 13 für
die Zündkerzen (nicht dargestellt) mit seitlich davon angeordneten
Durchführungen 14 für die Befestigung
der Lagerschalen. Um die Zylinderkopfhaube 10 verläuft
ein Dichtelement 15 mit einer Dichtkraft in einem Winkel
zur vertikalen Befestigungsrichtung A (siehe 4) der Zylinderkopfhaube.
Dargestellt ist eine Zylinderkopfhaube 10 für eine
Vierzylinderbrennkraftmaschine. Es ist jedoch in anderen Ausführungsformen
denkbar, die erfindungsgemäße Lösung
auch für eine andere Zylinderanzahl zu nutzen – unabhängig
vom Brennverfahren der Brennkraftmaschine.
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2 zeigt
in der perspektivischen Unteransicht die Aufnahmen 16 für
die Dichtelemente 25 (siehe 4) der Lagerschalen 17 in
der Zylinderkopfhaube 10. Die Anzahl und Verteilung der
Befestigungspunkte 18 sowie der Dichtungsaufnahmen variieren
je nach Anwendungsfall. In dem gezeigten Beispiel sind für
zwei Wellen je vier Lagerschalen 17 mit je zwei Befestigungspunkten 18 vorgesehen,
von denen zwei in der 2 gezeigt sind. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel ist zwischen je zwei Lagerschalen 17 eine Öffnung 13 mit
einer Dichtstelle 19 für die Zündkerzen
(nicht dargestellt) vorgesehen. Bei einer Integration von Zusatzfunktionen
sind ggf. weitere Dichtstellen erforderlich, beispielsweise die Abdichtung der
Durchführung 21 der Luftkanäle 20 von
dem Luftsammler 11 zum Zylinderkopf. Um weitere Funktionen
in die Zylinderkopfhaube 10 integrieren zu können,
ist es möglich, die Zylinderkopfhaube 10 aus mehreren
Einzelteilen zusammenzufügen. Hierzu eignet sich beispielsweise
das Verschweißen von mehreren Kunststoffschalen zu einem
Bauteil. In einer anderen Ausführung ist es auch denkbar,
eine Zylinderkopfhaube im Kernschmelzverfahren herzustellen.
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3 zeigt
die Lagerschale 17 als Einzelteil, die als separates Bauteil
montiert wird. Die Lagerschale 17 weist eine Lagerfläche 22 und
Durchführungen 18 für die Befestigungselemente 23 (siehe 4)
auf. An dem der Zylinderkopfhaube 10 zugewandten Ende der
Lagerschale 17 befindet sich der Dichtsitz 24 für
die Dichtelemente 25 zur Abdichtung der Lagerschale 17 gegen
die Zylinderkopfhaube 10. Die Lagerschale 17 kann
beispielsweise im Druckgussverfahren aus einem geeigneten Metall
hergestellt werden.
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4 zeigt
einen Schnitt durch die Zylinderkopfhaube 10 mit eingesetzten
Lagerschalen 17 durch die Befestigungselemente 23.
Dargestellt ist eine umlaufende Dichtung 15 mit einem U-Profil,
die gegenüber einem Steg 26, der durch den Leiterrahmen 27 oder
den Zylinderkopf 28 (siehe 8) gebildet
wird, abgedichtet ist. Die Lagerschalen 17 sind durch Dichtelemente 25,
beispielsweise O-Ringe, gegenüber der Zylinderkopfhaube 10 abgedichtet.
Sind weitere Öffnungen 13 in der Zylinderkopfhau be 10, beispielsweise
für Zündkerzen oder Glühkerzen, vorgesehen,
so sind diese ebenfalls abgedichtet. Dies kann wahlweise durch O-Ringe
oder Formdichtungen erfolgen. Die Dichtelemente 25 können
vor der Montage entweder auf die Lagerschalen 17 aufgesteckt
werden oder in der Zylinderkopfhaube 10 befestigt sein,
bevor die Zylinderkopfhaube 10 auf die Lagerschalen 17 und
Leiterrahmen 27 oder den Zylinderkopf 28 montiert
wird. Zur akustischen Entkopplung der Zylinderkopfhaube 10 vom
Motorblock ist es vorteilhaft, einen direkten Kontakt zwischen der
Zylinderkopfhaube 10 und dem Motorblock bzw. Leiterrahmen 27 und
den Lagerschalen 17 zu vermeiden. Dies geschieht, indem
die Dichtelemente 15, 25 zwischen Zylinderkopf
und motorfesten Komponenten angeordnet sind.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf die Zylinderkopfhaube 10 in der Ausführungsform
mit umspritzten Lagerschalen 170. Die Lagerschalen 170 bilden zusammen
mit den korrespondierenden motorfesten Lagerschalen die Führung
für zwei parallel angeordnete Nockenwellen. Jede Nockenwelle
wird durch vier Lagerschalen 170 gehalten, die wiederum
von je zwei Befestigungselementen 23 (siehe 8)
gehalten werden. Diese Befestigungselemente 23 werden von
oben durch die Lagerschalen 170 durchgesteckt und mit der
unteren Lagerschale motorfest verschraubt. Am Außenrand
der Zylinderkopfhaube 10 ist umlaufend ein Dichtelement 15 angebracht.
In die Zylinderkopfhaube 10 integriert ist ein Ölabscheider 12,
der das Öl aus dem Blow-by-Gas trennt und die gereinigte
Luft über einen Blow-by-Stutzen 29 für
einen Schlauchanschluss nach außen führt. Zusätzlich weist
die Zylinderkopfhaube 10 einen Luftverteiler 11 auf,
der die Luft für die Verbrennung von einem Lufteintritt 30 durch
einen Sammelraum 31 zu Luftkanälen 20 verteilt
und die Luft in die Brennkammer führt.
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6 zeigt
eine perspektivische Unteransicht der Zylinderkopfhaube 10 mit
umspritzten Lagerschalen 170. Die Luftkanäle 20 des
Luftverteilers 11 enden in einer Ebene und sind mit Dichtelementen gegen
den Motorblock abgedichtet. In der Mitte der Zylinderkopfhaube sind
in einer Reihe Öffnungen 13 angeordnet, die eine
Montage der Zündkerzen durch die Zylinderkopfhaube 10 am
Motorblock ermöglichen. Diese Öffnungen 13 sind
durch Dichtelemente 34 abgedichtet, die in eine Vertiefung 19 eingelegt sind.
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7 zeigt
eine Lagerschale 170 als Einzelteil. Die Lagerschale 170 wird
in das Zylinderkopfhaubenwerkzeug eingelegt und während
des Herstellprozesses der Zylinderkopfhaube von dem Material der
Zylinderkopfhaube 10 umspritzt. Hierzu ist am oberen Ende
ein Absatz 32 angebracht, der ein sicheres Umspritzen und
die Abdichtung der Lagerschale 170 zur Zylinderkopfhaube 10 ermöglicht.
Die Lagerschale 170 wird zwischen zwei Flanschebenen 33, 33' von
dem Material der Zylinderkopfhaube 10 umgeben. Dieser umspritzte
Bereich erstreckt sich von dem oberen Absatz 32 zu einer
unteren Platte 33. Am entgegengesetzten Ende der Lagerschale 170 befindet
sich der Lagersitz 22. Durch die Lagerschale 170 führen
zwei Durchgangsbohrungen 18, die die Befestigungselemente 23 (siehe 8)
aufnehmen. Die Verbindung kann auch mit beliebigen anderen Konturen
sichergestellt werden, etwa mit mehrfachen Absätzen oder
Absätzen mit einem Hinterschnitt.
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8 zeigt
einen Schnitt durch eine Zylinderkopfhaube 10 in der Ausführungsform
mit umspritzten Lagerschalen 170. Zu sehen ist der Schnitt quer
zur Längsrichtung der Zylinderkopfhaube durch die Mitte
der Lagerschalen 170. Das umlaufende Dichtelement 15 der
Zylinderkopfhaube 10 ist U-förmig ausgebildet
und greift auf einen Steg 26, der am Zylinderkopf 28 ausgebildet
ist. In einer anderen Ausführungsform ist es möglich,
in dem Leiterrahmen 27 oder Zylinderkopf 28 ein
Nutprofil abzubilden, in das eine stegförmige Dichtung
eingreift. Die Lagerschalen 170 sind in einem oberen Bereich
zwischen einer Platte 33 und einem Absatz 32 von
dem Material der Zylinderkopfhaube 10 umgeben. Eine separate
Abdichtung ist an dieser Stelle nicht erforderlich, da durch das
Umspritzen das Material der Zylinderkopfhaube 10 spaltfrei
um die Lagerschale 170 herum anliegt. Durch eine spezielle
Geometrie der Lagerschalen 170 in diesem Bereich kann eine
zusätzliche Labyrinthwirkung erreicht werden, so dass es
zu keiner Leckage an dieser Stelle kommt. Zwischen den Lagerschalen 170 ist
die Öffnung 13 für die Zündkerzen,
der sog. Kerzenschacht, angeordnet. Dieser wird mit einer zusätzlichen
Dichtung 34 gegenüber dem Motorblock abgedichtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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