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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen einer Drehwinkelposition
einer Nockenwelle, insbesondere ein auf einer Nockenwelle angeordnetes
Trigger-Rad, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Um
die Effizienz eines Verbrennungsmotors in Abhängigkeit eines jeweiligen Lastverhaltens
steigern zu können,
ist es üblich,
die Ventilöffnungszeiten
anzupassen. Eine derartige Anpassung erfolgt beispielsweise über einen
Phasensteller, welcher bei sogenannten verstellbaren Nockenwellen
eine Drehwinkelposition eines Nockens beeinflusst. Bei Nockenwellenantrieben
ohne Verstellung, wird über eine
geometrisch feste Verbindung (Zahnriemen, Kette oder Zahnräder), die
Drehbewegung der Kurbelwelle in einem bestimmten Verhältnis auf
die Nockenwelle übertragen.
Dies hat zur Folge, dass das Verhältnis der Ventilsteuerzeiten
des Verbrennungsmotors einen Kompromiss für unterschiedliche Lastpunkte
darstellt. Um die jeweilige Drehposition der Nockenwelle bestimmen
zu können,
weist eine verstellbare Nockenwelle üblicherweise ein sogenanntes
Trigger-Rad auf, welches Signale bzw. Impulse an einen mit dem Trigger-Rad
kommunizierenden Sensor übermittelt
bzw. reflektiert, der anhand dieser Signale die Dreh winkelposition
der Nockenwelle bestimmen kann. Üblicherweise
sind derartige Trigger-Räder
beispielsweise als tiefgezogenes Blechformteil ausgebildet, welches
das Trigger-Rad einerseits leicht und kostengünstig andererseits jedoch empfindlich
gegenüber
Beschädigungen
macht. Demgegenüber
sind Trigger-Räder,
welche als metallisches Vollprofil ausgebildet sind, schwer und
kontrahieren die Anstrengungen, die Verbrennungsmotoren möglichst
leicht auszubilden. Bei einem Vollprofil als Ersatz für ein Blechprofil
müsste
dieses dem Blechprofil entsprechend aus Metall bestehen, da die Sensorik,
bei der das Trigger-Rad eingesetzt werden soll, magnetisierbare
Trigger-Radbereiche erfordert.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art eine
verbesserte Ausführungsform
anzugeben, welche einerseits ein geringes Gewicht aufweist und andererseits
robust aufgebaut und kostengünstig
darstellbar ist.
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Diese
Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Einrichtung
zum Erfassen einer Drehwinkelposition einer Nockenwelle, insbesondere ein
Trigger-Rad, mit zwei Bereichen auszubilden, nämlich einem metallenen oder
metallhaltigen Bereich zur magnetischen Signalerfassung und einem aus
Kunststoff ausgebildeten Verstärkungsbereich, welcher
den magne tischen Signalbereich verstärkt bzw. aussteift. Durch den
metallenen bzw. metallhaltigen Signalbereich ist weiterhin eine
zuverlässige Erfassung
der Drehwinkelposition der Nockenwelle möglich, während der aus Kunststoff ausgebildete Verstärkungsbereich
der Einrichtung, die Steifigkeit eines Vollprofils verleiht und
dadurch dieses deutlich robuster macht. Da der Verstärkungsbereich
jedoch im Unterschied zum Signalbereich aus Kunststoff ausgebildet
ist, ist das Trigger-Rad insgesamt deutlich leichter als ein vergleichbares
aus Metall hergestelltes Vollprofil eines Trigger-Rades.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung ist
der wenigstens eine Signalbereich entweder Teil eines tiefgezogenen Blechteils
oder durch ein dünnwandiges
Blechband gebildet oder aus metallhaltigem Kunststoff ausgebildet.
Bei einem Trigger-Rad, bei welchem der Signalbereich Teil eines
tiefgezogenen Blechteiles ist, kann ein derart hergestelltes Blechteil
als Teil des erfindungsgemäßen neuen
Trigger-Rades verwendet werden, wobei der Verstärkungsbereich beispielsweise
durch angespritzten Kunststoff erzeugt wird. Denkbar ist auch, das
entsprechend der zweiten Alternative der Signalbereich von einem
entweder durchgehenden oder in unterschiedliche Segmente unterteilten
Blechband gebildet ist, welches zur Verstärkung ebenfalls mit Kunststoff
umspritzt ist. Als besonders vorteilhafte Lösung jedoch wird angesehen, dass
sowohl der Signalbereich als auch der Verstärkungsbereich aus Kunststoff
ausgebildet sind, wobei dem Kunststoff für den Signalbereich beispielweise Eisenspäne oder
-pulver zugemischt werden, so dass dieser me tallhaltig ist und dadurch
zur Signalerfassung herangezogen werden kann. Bei letzterem Vorschlag
kann eine besonders gute Verbindung zwischen dem Verstärkungsbereich
und dem Signalbereich erreicht werden, da das Grundmaterial beider Bereiche
gleich ist.
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Zweckmäßig ist
ein an eine Nockenwelle angrenzender Bereich der Einrichtung aus
Metall oder aus verstärktem,
insbesondere aus metallhaltigem, Kunststoff ausgebildet. Hierbei
kommen ebenfalls die im vorigen Absatz erwähnten zwei Varianten in Betracht,
nämlich,
dass die Einrichtung einen an der Nockenwelle anliegenden Innenring
aus Metall aufweist oder aber, dass dieser Innenring ebenso wie
der Verstärkungsbereich
aus Kunststoff ausgebildet ist, jedoch zugemischte Eisenspäne bzw.
Eisenpulver enthält.
Insbesondere durch den aus Metall ausgebildeten Innenring kann eine
kriechfreie Verbindung zwischen dem Trigger-Rad und der Nockenwelle
erreicht werden, wodurch die Langlebigkeit des Trigger-Rades gesteigert
werden kann.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung
kann diese beispielsweise über
eine Klebeverbindung oder über
einen Presssitz mit der Nockenwelle verbunden sein oder auf diese
aufgespritzt bzw. mit dieser thermisch gefügt sein. Bereits die Aufzählung lässt erkennen,
dass eine Verbindung zwischen dem Trigger-Rad und der Nockenwelle in vielfältiger Weise
gestaltbar ist und dadurch einen hohen konstruktiven Freiraum ermöglicht.
Mit heutzutage vorhandenen, leistungsstarken Klebern, sind deshalb
selbst Klebungen in thermisch, sowie mechanisch hochbelasteten Bereichen
möglich.
Ebenso ist denkbar, dass die Verbindung zwischen dem Trigger-Rad
und der Nockenwelle über
obengenannten Presssitz erreicht wird, wozu beispielsweise das Trigger-Rad
erwärmt
und/oder die Nockenwelle abgekühlt
wird und in diesem Zustand ein Aufschieben des Trigger-Rades bzw.
der Einrichtung auf die Nockenwelle erfolgt. Erwärmt sich dann die Nockenwelle
bzw. kühlt
sich das Trigger-Rad ab, so ist aufgrund der thermischen Dehnung
bzw. Schrumpfung eine feste Verbindung zwischen der Einrichtung,
das heißt
dem Trigger-Rad, und der Nockenwelle entstanden.
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Vorteilhafte,
nachstehend näher
erläuterte Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch
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1 einen
Längs-
und einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung, bei welcher
ein Signalbereich Teil eines tiefgezogenen Blechteiles ist,
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2a bis 2c jeweils
einen Querschnitt durch eine Einrichtung, bei denen ein Signalbereich jeweils
von einem dünnwandigen
Blechband gebildet ist,
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3a bis 3c jeweils
einen Querschnitt durch eine Einrichtung, bei denen der jeweilige
Signalbereich aus metallhaltigem Kunststoff ausgebildet ist,
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4 eine
Darstellung wie in 1 jedoch mit randseitig aufgesetzten
Signalbereichen.
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Entsprechend 1 ist
eine Einrichtung 1 zum Erfassen einer Drehwinkelposition
einer nicht gezeigten Nockenwelle dargestellt, wobei die Einrichtung 1 insbesondere
ein auf der Nockenwelle angeordnetes Trigger-Rad sein kann, so dass
im weiteren anstatt dem Begriff der Einrichtung auch der Begriff
des Trigger-Rades verwendet wird. Das Trigger-Rad 1 weist
an seiner Umfangsaußenseite 2 metallene
oder metallhaltige Bereiche 3 zur Signalerfassung auf,
welche beispielsweise magnetische Signale an einen nicht gezeigten
Sensor übermitteln,
der aufgrund der übermittelten
Signale die Drehwinkelposition der Nockenwelle bestimmten kann.
Die metallenen Bereiche 3 gemäß der 1 sind dabei
Teil eines tiefgezogenen Blechteiles 4, welches einerseits
leicht ist, andererseits jedoch eine gewisse Beschädigungsanfälligkeit
aufweist. Um die Beschädigungsanfälligkeit
der Einrichtung 1 reduzieren zu können, ist erfindungsgemäß ein zur
Verstärkung
der Signalbereiche 3 bzw. des tiefgezogenen Blechteiles 4 vorgesehener
und aus Kunststoff ausgebildeter Verstärkungsbereich 5 vorgesehen.
Der Verstärkungsbereich 5 verstärkt dabei
die Signalbereiche 3 und steift diese aus. Das erfindungsgemäße Trigger-Rad 1 ist
dadurch deutlich robuster als ein Trigger-Rad 1, welches
lediglich das tiefgezogenen Blechteil 4 aufweist.
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Im
Unterschied zu 1 ist gemäß den 2a bis 2c jeweils ein Trigger-Rad 1 gezeigt,
bei welchen die Signalbereiche 3 jeweils von einem dünnwandigen
Blechwand 6 gebildet sind. Das dünnwandige Blechband 6 verläuft dabei
gemäß der 2a von einem Anfang 7 abwechselnd
in radialer Richtung von innen nach außen bzw. von außen nach
innen und in Umfangsrichtung entlang der Umfangsaußenseite 2 sowie
entlang eines an die Nockenwelle angrenzenden Bereiches 8,
bis es mit seinem Ende 9 wieder am Anfang 7 angelangt
ist. Demzufolge wird bei einem Trigger-Rad 1 gemäß der 2a lediglich ein durchgehendes Blechband 6 benötigt.
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Dem
gegenüber
weiset das gemäß der 2b eingesetzte Blechband 6 mehrere
Segmente 10, 10' (beispielhaft)
auf, wodurch das Blechband 6 bezüglich seines Verlaufes mehrfach
unterbrochen wird. Ein ebenfalls segmentiertes Blechband 6 zeigt die 2c, wobei hier lediglich zwei Segmente 10 und 10' vorgesehen
sind. Die verschiedenen Ausführungsformen
gemäß den 2a bis 2c zeigen,
dass der Signalbereich 3, welcher in diesen Fällen durch das
dünnwandige
Blechband 6 gebildet ist, in unterschiedlichster Weise
und dadurch mit hoher konstruktiver Freiheit gebildet werden kann.
Allen drei Ausführungsformen
der 2a bis 2c ist
gemeinsam, dass zur Aussteifung der Signalbereiche 3 Kunststoff
anliegend an das dünne
Blechband 6 vorgesehen ist, welcher dieses verstärkt und
dadurch den Verstärkungsbereich 5 bildet.
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In
den 3a bis 3c sind
Trigger-Räder 1 gezeigt,
bei welchen die Signalbereiche 3 jeweils aus metallhaltigem
Kunststoff ausgebildet sind. Derartiger metallhaltiger Kunststoff
kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem normalem Kunststoff Eisenpulver
bzw. Eisenspäne
beigemischt wird. Vorzugsweise ist dabei der für den Signalbereich 3 verwendete
Kunststoff identisch mit dem für
den Verstärkungsbereich 5 verwendeten
Kunststoff, wobei letzterem die Zumischung von Eisenpulver bzw.
von Eisenspänen
fehlt. Wie den 3a und 3b zu
entnehmen ist, muss dabei der Verstärkungsbereich 5 in
radialer Richtung nicht bis zu einer Umfangsaußenseite 2 reichen,
sondern kann um weiter Gewicht einsparen zu können, mit kreissegmentartigen
Ausschnitten versehen sein. Demgegenüber reicht der Verstärkungsbereich 5 des
Trigger-Rades 1 gemäß der 3c bis an die Umfangsaußenseite 2 heran, so
dass letztere in Umfangsrichtung nicht gestuft ist.
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Eine
Verbindung der Einrichtung 1 bzw. des Trigger-Rades 1 mit
der Nockenwelle kann dabei beispielsweise über eine Klebeverbindung oder über einen
Presssitz erfolgen, wobei auch denkbar ist, dass die Einrichtung 1 auf
die Nockenwelle aufgespritzt oder thermisch mit dieser gefügt wird.
Ein Presssitz kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem die
Einrichtung 1 erwärmt
und/oder die Nockenwelle gekühlt
wird und in diesem erwärmten
bzw. gekühlten Zustand
eine Verbindung zwischen dem Trigger-Rad 1 und der Nockenwelle
erfolgt. Nach einem Temperaturausgleich mit den damit verbundenen
Temperaturdehnungen der Nockenwelle bzw. Temperaturschrump fungen
des Trigger-Rades 1 sitzt letzteres fest auf der Nockenwelle.
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Denkbar
ist auch, dass die Signalbereiche 3 durch Metallstreifen 11,
insbesondere Blechstreifen gebildet werden, welche auf eine Außenoberfläche (Mantelfläche) eines
ansonsten aus Kunststoff ausgebildeten Trigger-Rades 1 aufgesetzt,
insbesondere aufgeklebt werden. Eine derartige Anordnung der Signalbereiche 3 ist
beispielsweise bei einer Einrichtung 1 gemäß der 4 dargestellt.
Zur Verbindung zwischen dem Verstärkungsbereich 5 des
Trigger-Rades 1 und den Signalbereichen 3 können dabei
oben erwähnte
Füge bzw.
Verbindungsverfahren in gleicher Weise eingesetzt werden.
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Zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 kann
beispielsweise ein herkömmliches Trigger-Rad 1,
welches lediglich aus dem tiefgezogenen Blechteil 4 besteht,
nachträglich
mit einem Kunststoff ausgespritzt bzw. umgespritzt werden, wodurch
dieses den Verstärkungsbereich 5 erhält. Eine gleiche
Vorgehensweise ist dabei auch bei der Herstellung der Trigger-Räder 1 gemäß den 2a bis 2c denkbar.
Ebenfalls vorstellbar ist, dass das Blechteil 4 oder das
Blechband 6 über
ein thermisches Verfahren in einen aus Kunststoff gespritzten Verstärkungsbereich 5 eingebracht
oder mit diesem verbunden wird. Eine Herstellung der Trigger-Räder 1 gemäß den 3a bis 3c demgegenüber kann
dadurch erfolgen, dass die Einrichtung 1 aus metallhaltigem und
nichtmetallhaltigem Kunststoff, vorzugsweise in einem gemeinsamen,
einzigen Arbeitsschritt, gespritzt wird. Insbesondere für das letzte
Herstellungsverfahren ist darüber
hinaus denkbar, dass die Einrichtung 1 in der Art eines
Strangpressprofiles hergestellt wird und anschließend auf
eine gewünschte
axiale Länge
abgelängt
wird. Dies ermöglicht
eine besonders rationelle Herstellung der Einrichtung 1,
wodurch die Stückkosten
gesenkt werden können.
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Alle
in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten
Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich
sein.