DE102011081484A1

DE102011081484A1 - Lagerbock

Info

Publication number: DE102011081484A1
Application number: DE102011081484A
Authority: DE
Inventors: Justus Himstedt; Michael Kreisig; Stefan Steichele; Thomas Flender; Falk Schneider
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-02-28
Also published as: JP2013044431A; CN103061837A; CN103061837B; US9175727B2; US20130055982A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerbock (1) zum Lagern einer Nockenwelle (2) an einem Zylinderkopf (3) einer Brennkraftmaschine. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Lagerbock (1) einstückig ausgebildet ist und ein ringförmig geschlossenes Lagerauge (4) für die Nockenwelle (2) aufweist. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Lagerbock (1) kleiner und damit leichter ausgebildet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lagerbock zum Lagern einer Nockenwelle an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nockenwellen dienen in Brennkraftmaschinen üblicherweise zum Steuern der Ein- und Auslassventile und werden über Lagerböcke an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine drehbar gelagert. Aufgrund stetig strenger werdender Emissionsschutzauflagen wird bei modernen Brennkraftmaschinen vor allem versucht, Gewicht, Bauraum und damit auch den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen lässt sich insbesondere durch eine Reduzierung des Gewichts des Kraftfahrzeuges erreichen, wobei die Brennkraftmaschine aufgrund ihres hohen Anteils an Metall ein großes Einsparpotential bietet. Besonders zur Lagerung der Nockenwelle wurden bisher massive und dadurch vergleichsweise schwere Lagerböcke verwendet. Die Verwendung leichterer Lagerböcke würde sich somit zur Gewichtsreduzierung anbieten.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Lagerbock der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein geringeres Gewicht auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen bisher oftmals zweiteiligen Lagerbock nunmehr einstückig auszubilden und zusätzlich mit einem ringförmig geschlossenen Lagerauge für die Nockenwelle zu versehen. Durch die einstückige Ausbildung des Lagerbocks weist dieser im Vergleich zu einer zweiteiligen Ausführungsform ein deutlich reduziertes Gewicht auf, insbesondere aufgrund der reduzierten Wanddicken. Zugleich lässt sich der erfindungsgemäße Lagerbock mit entsprechenden Programmen, beispielsweise mit entsprechenden Finite-Element-Programmen, belastungsgerecht bemessen, so dass ausschließlich in denjenigen Bereichen, in welchen die Belastungen auch tatsächlich auftreten, mehr Material verwendet wird, wogegen in Bereichen, die hinsichtlich der Belastung vergleichsweise gering belastet sind, die Materialreduzierung ausgereizt wird. In einer besonders gewichtsoptimierten Form ist dabei der erfindungsgemäße Lagerbock in der Art einer Schelle ausgebildet und dürfte in dieser Ausführungsform lediglich einen Bruchteil des Gewichts eines bisherigen massiven Lagerbocks aufweisen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Wälzlager mit einem Außenring vorgesehen, wobei der Außenring fest mit dem Lagerbock verbunden, insbesondere thermisch mit diesem gefügt ist oder einen integralen Bestandteil des Lagerbocks bildet. Das Wälzlager kann dabei einen Außenring und einen Innenring aufweisen, zwischen denen Wälzkörper abrollen, oder nur einen Außenring, wobei zwischen diesem und der Nockenwelle die Wälzkörper abrollen. In dem zuletzt genannten Fall kann der Außenring des Wälzlagers ein integraler Bestandteil des Lagerbocks sein und der Innenring durch die Nockenwelle gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform kann zusammen mit dem Lagerbock bereits ein Teil des die Nockenwelle im Lagerbock lagernden Wälzlagers hergestellt werden, so dass ein gänzlich separates Wälzlager, verbunden mit dem damit einhergehenden zusätzlichen Gewicht eingespart werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Lagerbock aus Kunststoff oder aus Metall ausgebildet. Insbesondere eine Ausbildung aus Kunststoff dürfte aufgrund der stetig robuster werdenden Kunststoffe von großem Interesse sein, da moderne Kunststoffe zunehmend auch die temperatur- und chemisch aggressiven Umgebungsbedingungen in Zylinderköpfen vertragen. Die herkömmliche Ausführung aus Metall ist selbstverständlich ebenso anwendbar, insbesondere in der Art einer Blechbauweise, welche einerseits stabil und andererseits gewichtsoptimiert ist.
Zweckmäßig ist zumindest ein Dämpfungselement zur Schwingungsdämpfung am Lagerbock vorgesehen. Ein derartiges Dämpfungselement reduziert eine Schwingungsübertragung von der Nockenwelle auf den Zylinderkopf oder umgekehrt und sorgt dadurch für eine deutlich gesteigerte Laufruhe der Brennkraftmaschine. Generell sind derartige Dämpfungselemente bei Lagern von Nockenwellen bislang völlig unbekannt, so dass derartige Dämpfungselemente generell auch an herkömmlichen Lagerböcken, das heißt insbesondere an zwei- oder mehrteiligen Lagerböcken, eingesetzt werden können. Das zumindest eine Dämpfungselement kann dabei kumulativ oder alternativ zwischen dem Lagerbock und dem Zylinderkopf, zwischen dem Innenring des Wälzlagers und der Nockenwelle und/oder an einer besonders schwingungskritischen Stelle des Lagerbocks angeordnet sein. Derartige Dämpfungselemente können dabei beispielsweise Blech- oder Kunststoffunterlagen sein oder aber auch Tilgermassen, die eine Gegenschwingung erzeugen und damit der von der Brennkraftmaschine erzeugten Schwingung entgegentreten.
Zweckmäßig weist das Wälzlager einen Außenring und einen Innenring auf, zwischen denen Wälzkörper abrollen oder lediglich einen Außenring, so dass die Wälzkörper zwischen diesem und der Nockenwelle abrollen. Insbesondere im letzten Fall können beispielsweise Nadellager zum Einsatz kommen, die auf einer gehärteten Lauffläche der Nockenwelle abrollen. Durch den fehlenden Innenring können das Gewicht und der Bauraumbedarf nochmals reduziert werden, wodurch die Emissionsbilanz nochmals verbessert werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 eine Schnittdarstellung durch eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerbocks,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem zusätzlichen Dämpfungselement,
3 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Lagerbock mit einem in Sandwichbauweise aufgebauten Dämpfungselement,
4 eine besonders gewichtsoptimierte Form des erfindungsgemäßen Lagerbocks,
5 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit zusätzlich angeordneten Dämpfungselementen.
Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Lagerbock 1 zum Lagern einer Nockenwelle 2 an einem Zylinderkopf 3 ein ringförmig geschlossenes Lagerauge 4 für die Nockenwelle 2 auf. Zudem ist der erfindungsgemäße Lagerbock 1 einstückig ausgebildet. In dem Lagerauge 4 kann zu einer besonders leichtgängigen Lagerung der Nockenwelle 2 zusätzlich ein Wälzlager 5 angeordnet sein, das insbesondere als Kugel- oder Nadellager ausgebildet sein kann. Das Wälzlager 5 besitzt dabei einen Außenring 6 sowie einen Innenring 7, zwischen denen die Wälzkörper 8, beispielsweise Kugeln oder Nadeln, abrollen. Alternativ hierzu kann das Wälzlager 5 auch lediglich einen Außenring 6 aufweisen, wobei in diesem Fall die Wälzkörper 8 direkt auf einer Außenseite der Nockenwelle 2, die insbesondere speziell gehärtet sein kann, abrollen. In diesem Fall kann auf den Innenring 7 gänzlich verzichtet werden, was eine zusätzliche Gewichtsersparnis bewirkt.
Durch die einstückige Form des erfindungsgemäßen Lagerbocks 1 lässt sich dieser gewichtsoptimiert herstellen, was insbesondere im Hinblick auf eine CO₂-Emissionsbilanz bei einem Kraftfahrzeug von besonderem Vorteil ist.
Der Außenring 6 kann mit dem Lagerbock 1 fest verbunden, insbesondere thermisch gefügt sein oder aber einen integralen Bestandteil des Lagerbocks 1 bilden, wodurch ein separater Außenring 6, verbunden mit dem hierfür anfallenden Gewicht, ebenfalls vermieden werden kann. Um zusätzlich eine Schwingungsübertragung vom Zylinderkopf 3 auf die Nockenwelle 2 oder umgekehrt zumindest reduzieren zu können, kann zumindest ein Dämpfungselement 9 vorgesehen sein, das gemäß der 2 zwischen dem Lagerbock 1 und dem Zylinderkopf 3 angeordnet ist. Gemäß der 3 ist das Dämpfungselement 9 sandwichartig aufgebaut mit zwei außenliegenden vergleichsweise dünnen Randschichten 10 und 10’ sowie einer mittigen, vergleichsweise dicken Dämpfungsschicht 11. Bei der Ausführungsform des Lagerbocks 1 gemäß der 5 sind zwei Dämpfungselemente an schwingungskritischen Stellen des Lagerbocks 1 angeordnet und beispielsweise in der Art von Tilgermassen ausgebildet. Sämtliche Dämpfungselemente 9 dienen dabei zur Reduzierung der Schwingungsneigung und damit zu einer Steigerung der Laufruhe der Brennkraftmaschine. Das zumindest eine Dämpfungselement 9 kann beispielsweise aus Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, oder aus Metall, insbesondere aus einem Blech oder aus einem Metallschaum, ausgebildet sein.
Betrachtet man die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lagerbocks 1 gemäß den 1 bis 5, so kann man erkennen, dass jeder Lagerbock 1 zwei Befestigungsöffnungen 12 zum Durchführen von den Lagerbock 1 am Zylinderkopf 3 fixierenden und nicht gezeigten Schrauben aufweist. Ist dabei das Dämpfungselement 9 zwischen dem Lagerbock 1 und dem Zylinderkopf 3 angeordnet, so weist auch das Dämpfungselement 9 entsprechende Befestigungsöffnungen 12 zum Durchführen der entsprechenden Schrauben auf.
Bei einer besonders gewichtsoptimierten Form des erfindungsgemäßen Lagerbocks 1, wie diese beispielsweise gemäß der 4 dargestellt ist, kann dieser in der Art einer Schelle ausgebildet sein, wobei selbstverständlich sowohl Metalle als auch Kunststoffe, sofern diese die in den Zylinderkurbelgehäusen auftretenden aggressiven Umgebungsbedingungen ertragen, zum Einsatz kommen können. Neben der Gewichtsoptimierung durch den erfindungsgemäßen Lagerbock 1 bedarf dieser auch einen deutlich reduzierten Bauraumbedarf, was sich in modernen und oftmals beengten Motorräumen ebenfalls als großer Vorteil erweist. Dabei sind die erfindungsgemäßen Dämpfungselemente 9 selbstverständlich nicht nur auf die erfindungsgemäße Ausführungsform des Lagerbocks 1 in seiner einstückigen Form beschränkt, sondern können generell auch bei mehrteiligen Lagerböcken, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, angewendet werden. Auch bei diesen Lagerböcken sorgen die erfindungsgemäßen Dämpfungselemente 9 für eine deutlich gesteigerte Laufruhe und dadurch einen deutlich gesteigerten Fahrkomfort.

Claims

Lagerbock (1) zum Lagern einer Nockenwelle (2) an einem Zylinderkopf (3) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (1) einstückig ausgebildet ist und ein ringförmig geschlossenes Lagerauge (4) für die Nockenwelle (2) aufweist.
Lagerbock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lagerauge (4) ein Wälzlager (5) zum Lagern der Nockenwelle angeordnet ist.
Lagerbock nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, – dass das Wälzlager (5) einen Außenring (6) und einen Innenring (7) aufweist, zwischen denen Wälzkörper (8) abrollen, oder – dass das Wälzlager (5) einen Außenring (6) aufweist, wobei zwischen dem Außenring (6) und der Nockenwelle (2) Wälzkörper (8) abrollen.
Lagerbock nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass der Außenring (6) fest mit dem Lagerbock (1) verbunden, insbesondere thermisch gefügt ist oder einen integralen Bestandteil des Lagerbocks (1) bildet, und/oder – dass der Innenring (7) fest mit der Nockenwelle (5) verbunden ist.
Lagerbock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (1) zwei Befestigungsöffnungen (12) zum Durchführen von den Lagerbock (1) an einem Zylinderkopf (3) fixierenden Schrauben aufweist.
Lagerbock nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass der Lagerbock (1) als Schelle ausgebildet ist, und/oder – dass der Lagerbock (1) aus Kunststoff oder aus Metall ausgebildet ist.
Lagerbock nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dämpfungselement (9) oder eine Dämpfungsschicht (11) zur Schwingungsdämpfung am Lagerbock (1) vorgesehen ist.
Lagerbock nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, – dass das zumindest eine Dämpfungselement (9) und/oder die zumindest eine Dämpfungsschicht (11) zwischen dem Lagerbock (1) und dem Zylinderkopf (3) angeordnet ist/sind, und/oder zwischen dem Innenring (7) des Wälzlagers (5) und der Nockenwelle (2) angeordnet ist/sind, oder – dass das zumindest eine Dämpfungselement (9) an einer schwingungskritischen Stelle des Lagerbocks (1) angeordnet ist.
Lagerbock nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Dämpfungselement (9) oder die Dämpfungsschicht (11) aus Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, oder aus Metall, insbesondere aus Blech oder aus einem Metallschaum, ausgebildet ist.