Gegenstand der Erfindung ist eine Zylinderkopfhaube eines Kraftfahrzeuges aus Kunststoffmaterial mit integrierter Nockenwellenschaltung.

Eine Zylinderkopfhaube, auch Zylinderkopfdeckel oder Ventildeckel genannt, ist bekanntermaßen der oberste Abschluss eines (aufrechtstehenden) 4-Takt-Verbrennungsmotors.

Sie birgt die oberen Betätigungselemente des Ventiltriebs und verhindert das austreten der Schmieröls an die Umwelt, sowie den Zutritt von Luft in den Motor.

Falls der Ventiltrieb mit einer obenliegenden Nockenwelle ausgerüstet ist und diese mit einer Kette angetrieben wird, umfasst die Zylinderkopfhaube auch die Nockenwellen-Kettenräder.

Moderne Fahrzeuge besitzen eine Nockenwellenverstellung, auch als variable Nockenwellensteuerung oder variable Ventilsteuerung bezeichnet. Hierunter versteht man ein Verfahren zur Veränderung der Steuerzeiten der Ventilsteuerung von 4-Taktmotoren im Betrieb.

Die Anpassung der Ventilöffnungszeiten erlaubt eine Effizienzsteigerung des Motors, abhängig vom jeweiligen Lastverhalten. Bei der Nockenwellenverstellung werden die Einlass- und Auslass- Steuerzeiten in Abhängigkeit von Drehzahl und Drosselklappenstellung durch Aktuatoren verändert, um in allen Drehzahlbereichen eine möglichst effiziente Zylinderfüllung zu erreichen Aktoren, oft auch mit dem englischen Begriff "actuator" als "Aktuatoren" bezeichnet, setzen bei der Nockenwellensteuerung elektrische Signale in mechanische Bewegung um und greifen damit aktiv in das Regelsystem ein.

Der hier diskutierte Aktuator verschiebt ein Nockenpaket auf der Nockenwelle so dass eine zweite Nocke auf dem Ventil zum Eingriff kommt. Aufgrund der erforderlichen Präzision sind für die Aufnahme der Aktuatoren derzeit nur Aluminiumhauben im Einsatz.

Aus KU Kunststoffe, Jahrg. 91 (2001) 6, sind Zylinderkopfhauben aus glasfaser- und mineralbefülltem Polyamid 66 bekannt, die auch bei erhöhten Temperaturen alle Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Belastung von Zylinderkopfhauben erfüllen und eine gute Kriechfestigkeit besitzen sollen.

Aus DE 198 04 607 C2 ist eine Anordnung zum elektrischen Anschluss zumindestens eines Sensors bekannt, der über elektrische Verbindungsleitungen kontaktiert wird und an einem Motorbauteil einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, das zumindest teilweise aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungsleitungen (20) in Form von metallenen Schienen (21) ausgebildet und in den Kunststoff des Motorbauteils (3) eingebunden sind, wobei ein erstes Ende (24) der Schienen (21) einen Teil einer Steckeraufnahme (26) bil- det und ein zweites, aus dem Kunststoff des Motorbauteils (3) ragendes Ende (25) der Schienen (21) entsprechende Anschlusskontaktstellen (18) für den Sensor (1) bereitstellt, der über eine zwischen Sensoranschlussstellen (8) des Sensors (1) und den Anschlusskontaktstellen (18) der Schienen (21) vorgesehene Kontaktplatte (14) mit Kontaktelementen (22) elektrisch mit den Schienen (21) und somit der Steckeraufnahme (26) kontaktierbar ist.

Die hier beschriebenen Motorbauteile umfassen jedoch keine Zylinderkopfhaube eines Kraftfahrzeuges, insbesondere keine Zylinderkopfhaube aus Kunststoffmaterial mit integrierter Nockenwellenschaltung. Die hier beschriebenen metallenen Schienen dienen nicht der Verstärkung des sie umgebenden Motorbauteils.

Das Gewichtseinsparpotential von Kunststoff-Zylinderkopfhauben gegenüber bekannten Aluminiumzylinderkopfhauben liegt bei etwa 30 bis 50 %, wobei durch konsequente Funktionsintegration in das Bauteil ein weiterer Kostenvorteil erzielbar ist.

Aus ATZ-Automobiltechnische Zeitschrift, März 2007, Vol. 109, S. 220 bis 224 sind Hybridhauben aus Kunststoff bekannt. Hier wird eine Zylinderkopfhaube beschrieben, bei der ein steifer, aber leichter Metallrahmen die Verstärkungsfunktion der Dichtung übernimmt. Hier wird beschrieben, dass die Verbindung der beiden Materialien nur durch Elastomer erfolgen kann, um sowohl beste akustische Entkopplung zu gewährleisten als auch die verschiedene thermische Ausdehnung der Komponenten auszugleichen. Der Metallversteifungsrahmen hat jedoch keinen Kontakt zum Haubenkörper. DE 198 04 607 C2 beschreibt eine Anordnung zum elektrischen An- schluss zumindest eines Sensors. Die Anordnung zum elektrischen An- schluss zumindest eines Sensors, der über elektrische Verbindungsleitungen kontaktiert wird und an einem Motorbauteil einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, das zumindest teilweise aus Kunststoff besteht, ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungsleitungen in Form von metallenen Schienen ausgebildet und in den Kunststoff des Motorbauteils eingebunden sind, wobei ein erstes Ende der Schienen einen Teil einer Steckeraufnahme bildet und ein zweites, aus dem Kunststoff des Motorbauteils ragendes Ende der Schienen entsprechende Anschlusskontaktstellen für den Sensor bereitstellt, der über eine zwischen Sensoranschlussstellen des Sensors und den Anschlusskontaktstellen der Schienen vorgesehene Kontaktplatte mit Kontaktelementen elektrisch mit den Schienen und somit die Steckeraufnahme kontaktierbar ist. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine Zylinderkopfhaube.

DE 10 2004 026 658 AI betrifft ein Hybridgehäuse, insbesondere ein Motor-oder Getriebegehäuse. Die Anmeldung bezweckt, ein Gehäuse, insbesondere ein Motor-oder Getriebegehäuse, zu schaffen, das die geforderten Stabilitäts-und Genauigkeitsansprüche erfüllt, jedoch ein reduziertes Gewicht aufweist. Hierzu schafft die Anmeldung ein Hybridgehäuse, insbesondere Motor-oder Getriebegehäuse, mit einem Gehäusebauteil aus Metall, an dem zumindest eine Lageaufnahme ausgebildet ist, wobei das Gehäusebauteil an einer Innenseite und/oder einer Außenseite mit Kunststoff beschichtet ist und die Lageraufnahme an einem kunststofffreien Bereich des Gehäusebauteils ausgebildet ist. Auch diese Publikation beinhaltet keine Zylinderkopfhaube, insbesonde- re keine Metalllagerung sowie keine Halterung eines Aktuators. Darüber hinaus ist das Gehäuse nicht öldicht.

Die Hybridtechnik vereint bekanntermaßen die Kombination der Eigenschaften zweier Werkstoffe, die in der Summe eine höhere Leistungsfähigkeit erreicht, als die Werkstoffe einzeln für sich genommen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Zylinderkopfhaube eines Kraftfahrzeuges, die neben den Gewichtsvorteilen weitere Vorteile aufweist, wie beispielsweise den im Fall von einem zusätzlichen Montageschritt möglich, den Wegfall von zusätzlichen Dichtungen, Schrauben und Buchsen.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zylinderkopfhaube eines Kraftfahrzeuges aus glasfaser- und/oder mineralverstärktem Kunststoffmaterial mit integrierter Nockenwellenschaltung umfassend wenigstens ein im Wesentlichen von dem Kunststoffmaterial umschlossenes metallisches Einlegeteil, das mit diesen vollflächig in Kontakt ist.

Durch den insbesondere im Spritzgussprozess erzeugten Formschluss zwischen dem Kunststoff und dem Einlegeteil des Hybridbauteils wird die Herstellung von hochbelastbaren und kostengünstigen Bauteilen ermöglicht. Im Vergleich zum konventionellen Spritzguss lassen sich so komplexe Strukturen realisieren.

Gegenüber einem reinen Kunststoff konzept weisen die erfindungsgemäßen Zylinderkopfhauben technische Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Wärmeausdehnung des Blechs im Vergleich zur Wärmeausdehnung der Nockenwelle auf.

Erfindungsgemäß ist es möglich, die Zentrierung der Haubenmontage über das metallische Einlegeteil vorzunehmen. Durch den direkten Formschluss zwischen dem Einlegeteil und dem glasfaser- und/oder mineralverstärktem Kunststoffmaterial kann eine hohe Steifigkeit der Ak- tuatoraufnahme erreicht werden. Die Einflüsse durch Temperatur, Zeit, Feuchtigkeit, Schwingung und Schwindung werden reduziert.

Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung wird das Einlegeteil als insbesondere gestanztes, gegebenenfalls geformtes Blechteil mit den glasfaser- und/oder mineralverstärktem Kunststoffmaterial umspritzt. Hierdurch lässt sich eine besonders gute Funktionstrennung herbeiführen.

Der Begriff des Bleichteiles im Sinne der vorliegenden Erfindung um- fasst neben metallischen Einlegeteilen auch sogenannte Organobleche. Hierunter versteht man Teile, die durch Umformen faserverstärkter Halbzeuge mit einer thermoplastischen Matrix, die durch thermoplastischen Spritzguss und das Thermoformen endlosfaserverstärkter Thermoplasten kombiniert werden.

Diese Organobleche werden bevorzugt in einem vorraugehenden Um- formprozess erzeugt und als formstabile Bauteile in das Werkzeug eingelegt, gehalten und umspritzt.

Prinzipiell ist es möglich, durch diese Verfahrenskombination mit Spritzgießen weitere Funktionselemente zu integrieren. Der Prozess ermög- licht damit die Herstellung großserientauglicher Bauteile mit kurzen Zykluszeiten.

Organobleche bestehen aus speziellen Geweben, die in definierten Orientierungen in eine Thermoplastmatrix eingebettet sind. Die Gewebe werden aus Glasfaser-, Kevlar- oder Kohlefasern hergestellt. Als Thermoplastmatrix eignet sich zum Beispiel Polyamid, weil es unter anderem eine gute Haftung zu den Fasern zeigt. Das Ergebnis sind Hybridbauteile, die vollständig aus Kunststoff bestehen. Im Vergleich zu ihren Pendants aus Blech sind sie leichter und zeigen eine höhere Flä- chensteifigkeit sowie deutlich höhere Festigkeiten. Zudem können An- bauteile wie Verstärkungen oder Clipse durch Anspritzen integriert werden. Außerdem kann auf den Korrosionsschutz verzichtet werden, der bei metallischem Blech häufig einen zusätzlichen Kostenfaktor darstellt. Die Investition in ein Werkzeug zum Tiefziehen ist bei Organoblechen deutlich geringer als bei Metall. Deshalb lohnt sich die Fertigung von Hybridbauteilen mit Organoblech vor allem bei niedrigen bis mittleren Stückzahlen.

Das Material eines metallischen Einlegeteils kann ein Stahl- oder Aluminiumblech umfassen. Die gewünschte Funktion des Einlegeteils bestimmt dabei die entsprechende Materialwahl.

Die Schichtdicke des Einlegeteils kann beliebig eingestellt werden, wobei eine Schichtdicke des Einlegeteils in Form eines Blechs vorzugsweise 0,75 bis 2 mm, insbesondere 1 bis 1,5 mm betragen kann und gegebenenfalls den statischen oder funktionellen Erfordernissen entsprechend variiert und angepasst werden kann. Somit kann das Blechteil gegebenenfalls in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Dicken aufweisen, um beispielsweise an bestimmten Orten eine höhere Belastung aufnehmen zu können.

Eine weitere besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das metallische Einlegeteil einseitig vollständig von Kunststoff umschlossen ist, wodurch eine öldichte Haube entsteht. Die öldichte Haube kann auch durch Überschweißen eines Gehäuses erzeugt werden, welches offene Bereich abdeckt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Einlegeteil teilweise oder vollständig Träger der Aktuatoren der Nockenwelle ist oder die Kunststoffaufnahme der Aktua- toren entsprechend versteift. Hierdurch lässt sich eine verbesserte exaktere Steuerung der Steuerzeiten der Nockenwelle erreichen.

Für das Kunststoffmaterial stehen dem Fachmann eine Reihe verschiedenster Materialien zur Verfügung. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Polyamide, die sich im Stand der Technik hervorragend bewährt haben, insbesondere Polyamid 66 oder PA 6, die auch schon Eingang in konkrete Fahrzeugprojekte gefunden haben.