罩模块和用于生产罩模块的方法与流程

本发明涉及用于附接在内燃机的气缸盖上的罩模块(盖模块)，该罩模块具有由塑料制成的罩体和包含金属材料的至少一个轴承架(Lagerbrücke)，至少一个轴承架用于将至少一个凸轮轴以可转动的方式保持在罩模块中。

背景技术：

罩模块也被称为气缸盖罩或者凸轮轴模块并且通常用于保持一个或两个凸轮轴，所述一个或两个凸轮轴在该罩模块被布置在内燃机的气缸盖上时能够借助凸轮从动件或摇臂与内燃机中的气门一起工作。通过该方法，罩模块被构造为尽可能重量轻的、隔音的并且能够容易组装。为此，已知的是以塑料制造罩模块，并且至少一个轴承架包含金属材料，这是因为所述轴承架保持凸轮轴并且受到较大的机械载荷。

罩体的塑料使得在罩模块中的有利的隔绝特性成为可能，并且通过这样做，轴承架的金属材料满足紧固的要求以将凸轮轴保持在罩模块中。除了设计简单、生产简便、隔绝特征良好和重量轻之外，罩模块还应该尤其在生产和组装的过程中易于操控，并且在最佳状况下，罩模块应该能够被传送给制造者——该制造者能够以简单并且无需进行重大调节和定位步骤的方式将该罩模块附接至内燃机的气缸盖。另外，罩模块的生产还应该以尽可能简单的方式实现。

DE 196 03 692 A1公开了具有用于凸轮轴轴承的存储通道承载体，该存储通道承载体在由塑料制成的整个罩体的下方延伸，使得气缸盖罩具有相对大的质量。

DE 100 34 329 C2示出了用于内燃机的气门罩，并且所示出的轴承架嵌入成型通过由塑料制成的罩体——基本上完全用塑料材料制成。以此方式，多个轴承架能够被准确地对准，使得气门罩能够容易地以预制好的方式布置在内燃机的气缸盖上，但是轴承架的插入成型需要塑料占较高的质量分数。另外轴承架必须通过由金属材料制成的支承结构相互连接，因此增加了气门罩的重量。

最后，DE 10 2008 007 091 A1示出了附接至内燃机的气缸盖的预组装的凸轮轴模块，并且设置有由金属材料制成的轴承架，该轴承架能够预先熔接在由塑料材料制成的罩体上。在此还设置有多个螺钉，借助这些螺钉，多个轴承架在组装之前被基本上自由移动地保持在气缸盖上。首先，在组装凸轮轴模块的过程中，多个轴承架被相互对准并且被紧固至气缸盖上的多个气门或者气门的多个排放元件(Abgriffselementen)，随后已插入在罩体中的螺钉才被适当地拧紧。需要避免当组装凸轮模块时在操作中相应地出现的缺点。在该过程中，特别需要避免另外的加工操作和定位步骤，这是因为这些步骤必须由客户处理，而在客户一方并不具备最佳的凸轮轴模块安装能力。

特别地，为了能够以大批量生产的方式制造混合结构的气缸盖罩，热塑性罩/盖必须以较短的周期时间与轴承架连接。塑料罩自身有利地使用对气门驱动件的气密密封并且因此应当在表面上不可渗透流体、尤其不可渗透油。为此，材料中的接合位置必须在不会向外贯穿(Durchbruch)、即不贯穿至外部环境的方式实现。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于附接在内燃机的气缸盖上的罩模块(盖模块)，其中该罩模块呈现低重量并且其组装应较容易且具有成本效益，并且其中，该罩模块还应具有良好的隔音性能和简单的设计。

所述目的是基于根据权利要求1的通用术语的用于附接在内燃机的气缸盖上的罩模块并且基于根据权利要求11的已知的特征的形成罩模块的方法通过各自的特征来实现的。本发明的其他有利的特征在从属权利要求中说明。

本发明包括以下技术知识：轴承架通过接合连接部以精确的定位被布置在罩体上，使得轴承架被对准以通过罩体附接在气缸盖上。

根据本发明的罩模块的设计允许当以最小的重量进行操作时对罩模块进行简单的操作，该罩模块能够作为单元装配在内燃机的气缸盖上并被紧固在所述气缸盖上，而不必使轴承架或更可能几个轴承架附接于气缸盖或者相对于彼此对准并被单独地紧固、例如通过螺栓被单独地紧固。根据本发明，该罩体被用于基于塑料材料形成用于隔音的保护罩，并且尤其作为用于一个或多个轴承架的承载体。根据本发明，这些轴承架在不注射大量塑料的情况下被同时提供、被相互紧固，并且仅存在通过简单的方式将整个罩模块紧固至气缸盖的必要性，从而使一个或多个轴承架相对于气缸盖被紧固。

通过特定定位的布置，尤其要理解的是在这种布置中，能够形成罩模块在气缸盖上的平面对准(Ausrichtung)，使得罩模块能够通过被拧紧而布置在气缸盖上以用于后续的操作。

根据按照本发明的接合连接部的设计的特定优点，其包括在轴承架和罩体之间的至少两个接合位置。通常，罩模块具有若干轴承架，这些轴承架用作凸轮轴的可转动的保持件，并且每个轴承架可包括两个接合位置，通过所述接合位置，在各个轴承架和罩体之间形成接合连接部。为了形成罩模块，轴承架例如可以被紧固于保持装置，使得轴承架首先具有之后保持凸轮轴所需的相对于彼此的定位。通过示例，凸轮轴可以预先熔接在轴承架中，使得轴承架首先具有其最终所需要的相对于彼此的定位。最后，在组装工具中仍然需要轴承架相对于将罩模块紧固于气缸盖的装置的限定的位置布置。在轴承架固定之后，可以使以注塑成型制得的塑料罩体与所述轴承架连接，而无需使这些轴承架仅由罩体的塑料质量局部地注入包覆(umspritzen)。罩体因此能够以最少量的塑料注塑；另外轴承架不需呈现任何对应的几何结构，由此能够实现轴承架的形状锁定的注入。

在本发明的框架下，塑料表示低密度的任何材料，其密度至少低于用于形成罩体的金属材料。通过该方法，塑料也可具有非合成组分，例如通过纤维加强。根据塑料的这种概念，还包括层压的纤维材料或纤维玻璃或碳纤维材料。

由于根据本发明的罩模块的设计，还避免了所必需的支承结构，这是因为罩体本身已经在轴承架之间提供支承。该罩模块因此能够仅被设计成最小重量的，其中所述罩模块被设计成通过紧固件附接至气缸盖，使得多个轴承架布置在罩模块和气缸盖之间的所述紧固件的力流中(Kraftfluss)。

根据本发明的其他有利的特征，能够通过至少一个接合元件形成接合连接部、尤其接合位置。该接合元件能够以此方式被设计成套筒的形式并且被粘接至或压入至轴承架和/或罩体中。该接合元件能够形成轴承架与罩体之间的接合位置，从而对于每个轴承架，例如可以在相互间隔开的两个接合位置设计两个接合元件以用于附接至罩体。

根据更加有利的实施方式，该接合元件能够被装配至罩体的塑料材料以形成熔接区(Aufschmelzbereiches)。以此方式，该接合元件被首先布置在轴承架上，或者该接合元件形成在轴承架上，并且尤其能够与轴承架的相邻区域一起被加热。以此方式，能够使接合元件达到保证罩体的塑料材料将会熔化的温度。如果轴承架借助该接合元件被压入(Stempels)罩体的塑料中，或者如果罩体通过冲头被施加在轴承架中的接合元件上，那么罩体的接合区域会存在局部熔化，并且在接合位置冷却后，通过在罩体的塑料中渗入(eingedrungen)局部长度的接合元件而在轴承架和罩体之间形成牢固结合的承载连接或甚至形状锁定连接。

由于这种连接技术，因而在生产罩模块方面具有特定优点，这是因为在简单的加热后，仅需要将接合元件和罩体的轴承架区域布置在一个或多个轴承架上，从而当形成熔接区时形成罩体与(多个)轴承架之间的连接。替代性地，还能够设计辅助元件，该辅助元件例如通过压配合或拧紧而被布置在接合元件的端部上，由此也能够通过接合元件形成轴承架和罩体之间的形状锁定接合。

在根据本发明的罩模块的设计中，尤其重要的是罩模块作为整体以精确的定位被布置在内燃机的气缸盖上。可以在罩体和/或轴承架中设计至少两个安装孔，紧固件可被容纳在安装孔中并且罩模块能够通过紧固件紧固至气缸盖。在此安装孔可以延伸通过罩体；然而本发明优选地设想安装孔至少部分地延伸通过轴承架。安装孔的尺寸被设置成使得已通过其插入的连接元件与其具有一定的间隙。罩模块在气缸盖上的一种定向是例如通过能够设置在轴承架中的两个紧固位置(Fixierstellen)，或者这些紧固位置被容纳在罩体上或形成于罩体中。如果罩模块已被布置在内燃机的气缸盖上，或者已通过(至少)两个紧固位置对准，则连接元件能够穿过安装孔并且罩模块能够通过轴承架被拧紧至气缸盖上。这样的螺纹连接是特别简单的，因为例如被设计成螺钉的连接元件能够从顶侧插入安装孔并在安装孔中并被拧紧。

被设计成套筒形式的接合元件能够与安装孔对准。特别地，呈套筒形式的接合元件能够在任何时候形成安装孔的一部分。如果连接元件穿过安装孔并且相应地穿过呈套筒形式的接合元件，那么在罩体和(至少一个)轴承架之间具有对连接的额外保护。当内燃机随后运行时，能够通过这种方式保证轴承架不能与罩体分离。

替代性地，根据本发明的设计可以具有呈销或羽毛状(federartig)的接合元件，并且例如在轴承架和罩体之间的安装孔附近被插入。这样的接合元件能够以与呈套筒形式的接合元件同样的方式加热并且被熔接至罩体的塑料中。在此，还能够设计两个接合元件，并且例如邻近的一个接合元件能够被附接至用于使例如螺钉的连接元件通过的各个安装孔。

轴承架还能够被设计成用于保持一个或两个凸轮轴，并且特别地，轴承架可以具有至少一个轴承环，该至少一个轴承环被插入轴承架中的装配孔中并且用于以可转动的方式保持凸轮轴。轴承架能够用金属材料、例如铝生产，并且这样做的话，轴承架不必完全由金属制成。轴承架可以例如具有塑料部分，并且在这种情况下，用于轴承架的金属盖可以例如由至少一个轴承环定界。如果在罩模块中容纳两个凸轮轴，那么轴承架可以具有两个安装孔，并且轴承环能够引入、例如压入各个安装孔中。

本发明还基于一种形成被设计成附接至内燃机的气缸盖上的罩模块的方法，该罩模块具有由塑料制成的罩体和包含金属材料的至少一个轴承架，至少一个轴承架用于可转动地将至少一个凸轮轴保持在罩模块中，其中，所述方法至少包括提供所述罩体和所述至少一个轴承架的步骤；本方法还包括将轴承架对准在罩体上和/或将多个轴承架相互对准，通过接合连接部将轴承架接合至罩体，其中，轴承架通过接合连接部被布置在罩体上，使得轴承架被对准以便附接在所述气缸盖上。

由此，该方法可以包括提供至少一个接合元件，该接合元件被布置在轴承架和罩体上以形成接合连接部。特别地，可以设计至少两个接合元件，在两个接合元件之间具有一定空间，以将轴承架连接至罩体，从而在轴承架和罩体之间形成两个接合位置。

更加有利地，接合位置、尤其接合元件能够被加热，使得接合元件与罩体的塑料材料或者与辅助元件接触，以在罩体的塑料材料中或者在辅助元件中形成熔接区，并且所述接合元件被装配至罩体的塑料材料或者辅助元件。通过形成熔接区，实现了以下优点：在罩体被布置在轴承架之前，轴承架可被预先固定(vorfixiert)，并且将罩体布置在轴承架上是通过单向度的且基本上不受力的接合运动来实现的，并且在熔接区域已经在接合元件的周围凝固之前通过在轴承架的上方操作来保持罩体。

在根据本发明的罩模块的设计中，将罩体针对轴承架进行准确定位的布置并非关注点，只要罩模块通过由罩体保持的(多个)轴承架连接至气缸盖即可。因此，所导致的优点是不需要将轴承架近似准确地附接至罩体，由此罩模块的生产和在生产的过程中对单个部件的操作被明显简化。关注点在于将多个轴承架相对于彼此以相应的精度进行附接，这种相应的精度通过被用作用于轴承架的紧固保持主体的罩体来保持。如果罩模块在多个轴承架彼此相互对准的情况下被设置在内燃机的气缸盖上，那么可以通过多个连接元件将多个轴承架安装在气缸盖上，其中，在罩模块中设计有贯穿轴承架的多个安装孔，这具有特定的优点。因此，多个轴承架能够被牢固地布置在气缸盖上，其中罩体仅负责将多个轴承架相对于彼此并且相对于气缸盖进行固定，其中，在气缸盖上固定有由凸轮轴驱动并且能够被插入罩模块中的气门和/或排放元件。

为了对罩模块定向，彼此对应的两个定位元件，如装配在开口中的套筒、销或螺母羽毛元件(Federelemente)可以尤其形成在轴承架和气缸盖上。通过定位元件，罩模块在气缸盖的上方定向在所述气缸盖上，然后将罩模块紧固至所述气缸盖。

附图说明

另外，发明改进的措施是在下文通过附图以及对本发明的优选示例性实施方式的说明来更加详细地提供的。在附图中：

图1是具有罩体和被布置在罩体上的三个轴承架的罩模块的立体底视图；

图2是根据图1的罩模块在轴承架的区域截取的横截面视图；

图3以详细的视图示出了轴承架和罩体之间的接合位置的特殊设计；

图4a-4d示出了待连接至罩体的接合元件的不同设计；和

图5a-5b是罩体与轴承架的组装过程中罩模块的一个实施方式的细节的横截面视图。

具体实施方式

图1从底侧以立体图示出了罩模块1，该罩模块1具有罩体10，罩体10呈盖状形状或者罩状形状并且形成罩模块1的基本结构。罩体10用塑料材料通过注塑成型工艺生产。例如，罩体能够用纤维加强的聚酰胺生产。

在罩体10的内部区域中，存在有相互平行延伸的用于可转动地保持两个凸轮轴12的三个可见的轴承架11。罩体10的侧壁还包括未呈现或仅局部呈现的另外的轴承架，因此凸轮轴12通过总共五个轴承架被保持在罩模块1上。凸轮轴12可以通过在罩体10的一侧的插入开口18插入，所述一侧可以同时是凸轮轴12的第一支承位置，在此凸轮轴12以不包括升降元件的简化的形式示出。

罩模块1可以被布置在内燃机的气缸盖上，从而实现罩模块1在气缸盖上的密封附接。罩体10具有密封部19，罩体10内部的凸轮轴空间能够通过密封部19被密封和封锁。

在此示出的多个轴承架11在多个接合位置与罩体10连接，这些接合位置在图2的罩模块1的横截面视图中以更详细的方式呈现。

图2示出了在轴承架11的区域贯穿罩模块1的横向视图，使得罩体10和轴承架11以横截面视图被示出。轴承架11借助两个接合连接部(Fügeverbindungen)13被紧固在罩体10上。例如，设置被设计成套筒形式并且用金属材料制成的接合元件14以形成接合连接部13。在轴承架11中定位有安装孔15，并且呈套筒形状的接合元件14与安装孔15对准并且形成安装孔15的一部分。如果在之后螺栓元件沿着示出的箭头方向被插入接合元件14和安装孔15，则罩模块1可被紧固至内燃机的气缸盖上，其中螺栓元件在设置于气缸盖中的螺纹孔中被拧紧。该螺栓元件在此可具有用于进行对中的圆柱销部段，使得罩模块1能够精确定位地布置在气缸盖上。通过将螺栓元件穿过轴承架11中的安装孔15，确保了轴承架11和气缸盖之间的连接部的机械载荷能够在无需使这种载荷在由塑料制成的罩体10之上引导的情况下产生。

接合元件14部分地插入轴承架11中并且部分地插入罩体10中。例如，接合元件14能够被压入安装孔15的上部段中，并且接合元件14能够被插入罩体10的形成熔接区域的预制的通孔中。在形成接合连接部13的过程中，轴承架11预先固定在接合工具中，并且当罩体10在接合连接部13的形成过程中被布置时，轴承架11的确切位置被适当地定住，以便在之后通过罩体10附接在气缸盖上。因此，罩体10既被用作免受污染物和湿气影响的罩元件，又被用作隔音元件，还被用作在之后将轴承架11附接至内燃机的气缸盖上的保持元件或紧固元件。

图3示出了作为图2的示例性实施方式的变型的轴承架11与罩体10之间的接合连接部13的替代的设计。接合连接部13包括接合元件14，接合元件14例如被压入轴承架11中并且与安装孔15对准。接合元件14突出超过罩体10并且通过辅助元件17被固定。辅助元件17能够例如被拧紧至或压至接合元件14的上部段。特别地，该辅助元件可具有塑料材料，与罩体10类似，该塑料材料能够与受热的接合元件熔接，并且随后辅助元件17中的塑料能够以固定的配置凝固在接合元件14上。

作为图3a的示例性实施方式的变型，还可以替代地将接合元件设计为具有铅笔状或羽毛状部分，并且例如在轴承架和罩体之间的安装孔的附近被插入。这样的接合元件能够以与呈套筒形式的接合元件同样的方式被加热并且被熔接至罩体的塑料中。在此也可以设计两个接合元件，并且例如邻近的一个接合元件能够被附接至各个安装孔用于使连接元件、例如螺钉通过。替代地，接合元件并非必须被布置在安装孔的区域中。

一般地，在轴承架的铸造过程之前，接合元件能够作为插入部件被插入到工具中。随后，例如在金属压力铸造中，铝或类似金属随后能够被浇入。以此方式，可以简单地形成接合元件和轴承架之间的连接。

最后，图4a、图4b、图4c和图4d示出了分别具有插入区域21的接合元件14，插入区域21用于附接至轴承架11的安装孔15的上部区域中，并且接合元件14具有不同设计的接合区域20，接合元件14能够借助接合区域20插入罩体10的塑料材料中，并且特别地能够熔接至罩体10的塑料材料中。

图4a示出了包括具有滚花的接合区域20的接合元件14。除粘接结合(stoffschluss)或形封闭(Formschluss)之外，滚花可以例如包括十字形槽，从而当其熔接至罩体10的塑料材料时与塑料材料形成形状锁定部分。

图4b示出了具有接合区域20的接合元件14，接合区域20被设计成具有圆锥形侧部的杉树形状。

图4c示出了具有中断的圆锥形侧部的接合区域20的接合元件14。

最后，图4d示出了具有包括圆柱形侧部的接合区域20的接合元件14。

接合元件14的用于熔接至罩体10的塑料材料中的接合区域20的不同形式允许接合元件14与罩体10的形状锁定接合，尤其是在通过对接合元件14加热而被熔化并由此即将转变成液体的塑料材料能够移动至根据图4a的滚花中或者移动至根据图4b、图4c和图4d的凹陷中。因此，在轴承架11和罩体10之间形成韧性(belastbare)连接，从而保证轴承架11在罩体10上的防松脱(verliersichere)的附接。

在图5a中，示出了尤其用于接合或者将罩体10施加在轴承架11上从而形成罩模块1的初始工序。在此，能够沿接合方向F移位的感应器与待接合的塑料部分、也就是罩体10连同诸如冲头之类的工具22一起作用，该感应器例如被设计成感应线圈23的形式。工具22例如用于保持并输送罩体10并且获得或施加相应的力从而辅助罩体10与轴承架11、尤其与接合元件14的接合。感应线圈23有利地具有围绕罩体10的至少一个接合部段A的一个或多个匝23.1。接合部段A有利地具有凹部24，接合元件14能够至少部分地被保持在凹部24中。凹部24有利地延伸至材料增厚部25，材料增厚部25在罩体10的覆层中形成并且有利地从罩体10的覆层的表面延伸。

如图5a和5b所示，能够设想将接合元件14设计成套筒、销、杆或管的形式。接合元件14有利地具有表面结构14.1。该表面结构14.1有利地形成在接合元件14的外表面上。能够设想表面结构具有例如槽结构、齿结构或与之相当的材料凹部或材料开口(Materialaufwerfungen)。表面结构14.1有利地用于允许接合元件14和罩体10之间的至少一种形状锁定连接。

接合元件14有利地以力配合(kraftschlüssig)的方式(摩擦连接)连接至轴承架11。然而，也可以设想接合元件利用轴承架11替代地或附加地通过形状锁定接合和/或刚性物质接合(stoffschlüssig)进行连接。接合元件14有利地至少部分地延伸到、有利地完全地延伸到轴承架11中的凹部11.1内。

当轴承架11与罩体10连接时，罩体10被施加在接合元件14上，使得接合元件14进入开口24并且该开口24有利地由接合元件14完全填充。罩体10的针对轴承架11进行调整的表面有利地与轴承架11的针对罩体10进行调整的表面连接。由于流过感应线圈23的电流，接合元件14的材料被加热，由此与接合元件14接触的罩体10的材料也被加热，使得罩体10的材料在与接合元件14相邻的区域中至少部分地变软(Aufweichung)。罩体10的当前可成型的材料有利地围绕接合元件14的表面结构14.1，使得这两个部件至少部分地彼此形成形状锁定连接。因此，能够在罩体10和轴承架11之间形成有利的永久连接。

本发明在其实施方式方面并不限于目前给出的有利的示例性实施方式。事实上能够设想使用所提出的解决方案的根本不同的实施方式的若干变型。由权利要求、说明书或附图得出的所有的特征和/或优点——包括构造单元、空间布置，其自身或其不同的组合对于本发明是不可或缺的。

附图标记列表

1 罩模块

10 罩体

11 轴承架

11.1 凹部

12 凸轮轴

13 接合连接部

14 接合元件

14.1 接合元件的表面结构

15 安装孔

16 轴承环

17 辅助元件

18 插入开口

19 密封部

20 接合区域

21 插入区域

22 工具

23 感应线圈

23.1 感应线圈匝

24 开口

25 材料增厚部

A 罩体的接合部段

F 接合方向