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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Öffnung zum Abstecken einer Welle sowie mit mindestens einem Geberelement zur Erfassung der Winkellage einer Nockenwelle. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Verschlusselements mit einem Sensor zur Erfassung der Winkellage einer Welle eines Verbrennungsmotors.
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DE 38 32 812 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Einstellung der Steuerzeiten an einer Brennkraftmaschine, deren Nockenwelle über einen Zahnriemen, eine Kette oder einen Zahnrädertrieb angetrieben wird. Aus dieser Schrift ist es bekannt, Nockenwellen und Kurbelwellen mit Hilfe eines sogenannten Einstellstifts in einer bestimmten Position zu fixieren. Dazu sind in der zu fixierenden Kurbelwelle bzw. Nockenwelle entsprechende Bohrungen vorgesehen, in welche der Einstellstift eingreift. Die Wellen müssen daher bearbeitet werden, damit sie mit Hilfe von Einstellstift und Bohrung fixiert werden können, was zusätzliche Kosten verursacht.
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WO 2004/106716 A1 beschreibt einen Verbrennungsmotor und ein Gehäuse für einen Verbrennungsmotor, bei welchen ebenfalls eine Fixierung von Kurbelwelle bzw. Nockenwelle vorgesehen ist. Dazu wird in dieser Schrift unter anderem vorgeschlagen, die zu fixierende Welle mit einer Durchgangsbohrung und das Gehäuse mit einer Sacklochbohrung zu versehen. Ein Fixierstift soll dann zur Fixierung der Welle durch die Bohrung der Welle hindurch in das Sackloch eingeführt werden. Auch dieser Vorschlag zur Fixierung der Kurbelwelle bzw. Nockenwelle ist mit erheblichen Zusatzkosten verbunden.
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Aus
FR 532 377 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Fixierung einer Nockenwelle bekannt. Bei dieser Vorrichtung weist die Nockenwelle zwei abgeflachte Bereiche für den Einsatz eines U-förmigen Fixierwerkzeugs auf. Dieses Werkzeug hat den Nachteil, dass es sehr sperrig ist und somit viel Raum benötigt wird, um das Werkzeug einzusetzen.
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Aus
US 5,845,397 A ist es bekannt, ein im Wesentlichen flaches Einsteckelement mit einer ebenen Seitenfläche zwischen Zylinderkopf und einem abgeflachten Bereich der Nockenwelle einzubringen, um die Nockenwelle zu fixieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellungskosten eines Verbrennungsmotors mit Öffnung zum Abstecken einer Welle sowie Geberelement zur Erfassung der Winkellage der Welle zu senken.
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Die Losung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 10.
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Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor umfasst ein Motorgehäuse, eine in dem Motorgehäuse angeordnete erste Welle, welche mindestens eine Nut oder Öffnung aufweist, um durch Einführen eines Absteckwerkzeuges die Welle bei Einstellarbeiten an dem Verbrennungsmotor gegen Verdrehen sichern zu können, eine Öffnung in dem Motorgehäuse, die derart angeordnet ist, dass das Absteckwerkzeug durch die Öffnung in dem Motorgehäuse in mindestens einer Stellung der Welle in die Nut oder Öffnung der Welle einführbar ist sowie ein mit der Welle drehfest verbundenes Geberelement zur Erfassung der Winkellage der Welle mit Hilfe eines Sensors, wobei das Geberelement und die an der Welle ausgebildete Nut oder Öffnung sowie das Geberelement in axialer Richtung mindestens teilweise überlappend angeordnet sind und im Bereich der Öffnung in dem Motorgehäuse ein Sensor derart angeordnet ist, dass die Winkelstellung der Welle mit Hilfe des Geberelements ermittelbar ist.
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Dies hat den Vorteil, dass das Geberelement sowie die Nut oder Öffnung an der Welle durch eine gemeinsame Öffnung in dem Motorgehäuse zugänglich sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor kann daher die gleiche Öffnung für zwei verschiedene, voneinander unabhängige ”Funktionen” verwendet werden, wobei eine Funktion (Einführen eines Absteckwerkzeuges) nur bei stehendem Motor und die andere Funktion (sensorische Erfassung der Winkellage) nur bei laufendem Motor verfügbar sein muss. Dadurch ist der Gesamtaufbau des Verbrennungsmotors kompakter, als wenn für die beiden Funktionen zwei separate Öffnungen unabhängig voneinander an der Welle angeordnet sind. Auch die Herstellungskosten sind geringer, da nur eine Öffnung für die beiden Funktionen in dem Gehäuse vorgesehen werden muss.
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Unter einem Geberelement wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element verstanden, das es ermöglicht, die Winkellage einer Welle mit Hilfe eines in der Öffnung des Motorgehäuses positionierten Sensors zu erfassen. Beispielhaft wird diesbezüglich auf ein drehfest an der Welle angeordnetes Geberrad verwiesen, dessen Außenkontur entlang des Umfangs einen variierenden Abstand zu dem Sensor aufweist. Durch Messung des Abstands zwischen Sensor und Geberrad kann so – ggf. unter Verwendung einer Korrelationstabelle – die Winkellage der Welle ermittelt werden. Alternativ kann als Geberelement ein Element ähnlich eines Zahnrads (z. B. ein sogenannter ”ABS-Ring”) verwendet werden. In diesem Fall kann der Drehwinkel der Welle in bekannter Art und Weise durch einfaches ”Zählen der Zähne den Zahnrads” und Erfassung der Drehrichtung überwacht werden.
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In einer praktischen Ausführungsform erstreckt sich das Geberelement in axialer Richtung der Welle über die gesamte Breite der Öffnung in dem Motorgehäuse, wobei die Nut oder Öffnung das Geberelement zumindest teilweise durchdringt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Sensor nur ”grob” in radialer Richtung der Welle ausgerichtet werden muss. Eine Ausrichtung in axialer Richtung ist nicht erforderlich, weil sich das Geberelement über die volle Breite der Öffnung in dem Motorgehäuse erstreckt und somit nicht vom Sensor ”verfehlt” werden kann. Diese Ausführungsform gewährt eine hohe Ausfallsicherheit.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist der Sensor ein integrales Element eines in der Öffnung des Motorgehäuses angeordneten Verschlusselements. Diese Formulierung schließt ein, dass der Sensor selbst als Verschlusselement ausgebildet ist. Sie hat den Vorteil, dass die Kosten eines separaten Verschlusselements teilweise (wenn der Sensor Teilelement des Verschlusselements ist) oder sogar vollständig (wenn der Sensor als Verschlusselement ausgebildet ist) eingespart werden.
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Eine besonders einfache und sichere Verbindungsmöglichkeit zwischen einem Sensor, der integraler Bestandteil eines Verschlusselements ist, und der in dem Motorgehäuse ausgebildeten Öffnung besteht darin, dass an dem Verschlusselement und an der Öffnung des Motorgehäuses korrespondierende Gewinde zum Einschrauben des Verschlusselements in das Motorgehäuse ausgebildet sind.
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Die Erfindung ist insbesondere für die Realisierung an Nockenwellen geeignet, lässt sich aber auch an Kurbelwellen realisieren. Besonders vorteilhaft kann die Erfindung eingesetzt werden bei Verbrennungsmotoren mit einer ersten Welle (beispielsweise einer ersten Nockenwelle) und einer zweiten Welle (beispielsweise einer zweiten Nockenwelle), welche über einen Koppeltrieb miteinander verbunden sind und wobei die erste Welle über den Koppeltrieb von der zweiten Welle antreibbar ist. Bei derartigen Verbrennungsmotoren muss für bestimmte Wartungsarbeiten der Koppeltrieb und insbesondere der Wellensteller demontiert werden. Darin besteht die Gefahr, dass die beiden Wellen ihre relative Ausrichtung zueinander ”verlieren”. Um dies zu verhindern, kann die zweite Welle bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor durch einfaches Einführen eines Absteckwerkzeugs gegen Verdrehen, und damit bezüglich ihrer Steuerzeit, fixiert werden. Die Fixierung mit Hilfe eines Absteckwerkzeugs bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor hat den weiteren Vorteil, dass nach Einführen des Absteckwerkzeugs an der durch das Absteckwerkzeug vor Verdrehen gesicherten Welle ungehindert Montage- und Demontagearbeiten durchgeführt werden können. Insbesondere können Drehmomente übertragen werden, ohne dass ein manuelles Halten der Welle erforderlich ist, beispielsweise bei Montage bzw. Demontage des Koppeltriebes und insbesondere beim Lösen bzw. Anziehen der Befestigungsschraube des Wellenstellers. Im Betrieb des Motors hingegen kann die Öffnung in dem Motorgehäuse für die Ermittlung der Winkellage der Welle mit Hilfe eines Sensors genutzt werden.
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Die erste Welle kann auch an einer ihrer Stirnseiten zwei radial verlaufende Nuten aufweisen, die senkrecht zueinander verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass ein axial eingreifendes Werkzeug eine Kreuzform aufweisen kann, um die erste Nockenwelle vor Verdrehen zu sichern. Die auf das Absteckwerkzeug wirkenden Kräfte zur Abstützung bzw. Übertragung von Drehmomenten werden dann gleichmäßiger verteilt. Wenn die Nuten auch zur Fixierung mit Hilfe des Absteckwerkzeugs vorgesehen sind, ist das Breitenmaß der Nut bzw. Nuten an der Stirnseite der ersten Welle vorzugsweise gleich groß wie oder größer als das Innenmaß der Führung, wobei die Maße bevorzugt maximal 20% voneinander abweichen. Je geringer die Abweichung der Maße voneinander ist, desto weniger Spiel hat die Nockenwelle bei eingesetztem Absteckwerkzeug. Die Abweichung sollte daher möglichst klein gewählt werden. Gleichzeitig sollte jedoch das Einsetzen des Absteckwerkzeugs in die Führung und in die Nut relativ leichtgängig möglich sein. Die Abweichung beträgt vorzugsweise 1 bis 10%.
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Vorzugsweise weist die erste Welle eine zylindrische Öffnung, insbesondere ein Sackloch auf. Zylindrische Öffnungen können kostengünstig durch einfache Bohrungen oder durch Einlegen entsprechender Kerne während eines Gießprozesses erzeugt werden. Ein Sackloch hat den Vorteil, dass das Geberelement nur in einem Bereich entlang des Umfangs ”unterbrochen” ist und somit bei Erfassung der ”Unterbrechung” in Form des Sacklochs eindeutig ist, in welcher Winkelstellung sich die Welle gerade befindet.
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Vorzugsweise ist die Führung des Verbrennungsmotors derart in dem Motorgehäuse angeordnet, dass bei Verwendung des Verbrennungsmotors ein in die Führung einzusetzendes Absteckwerkzeug zumindest teilweise in Richtung der Gravitationskraft bewegt wird. Weiter vorzugsweise ist der Winkel zwischen der Mittelachse der Führung und der Vertikalen zwischen 0° und 15°.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Verschlusselements mit einem Sensor zur Erfassung der Winkellage einer Welle eines Verbrennungsmotors anhand mindestens eines an der Welle ausgebildeten Geberelements, wenn dieses zum Verschließen einer in einem Gehäuse eines Verbrennungsmotors vorgesehenen Öffnung eingesetzt wird, welche zu einer Nut oder Öffnung in der Weile führt, die es ermöglicht, die Welle durch Einführen eines Absteckwerkzeuges für Einstellarbeiten an dem Verbrennungsmotor gegen Verdrehen zu sichern.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor in einer perspektivischen Ansicht,
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2 den in 1 gekennzeichneten Verbrennungsmotor in einer Schnittdarstellung,
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3 den in 2 gestrichelt dargestellten Bereich des Verbrennungsmotors in einer vergrößerten Darstellung und
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4 den in 2 gestrichelt dargestellten Bereich des Verbrennungsmotors mit entferntem Verschlusselement und mit eingesetztem Absteckwerkzeug.
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Der in den 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Verbrennungsmotor 100 umfasst ein Motorgehäuse 102, in welchem eine erste Nockenwelle 104 und eine zweite Nockenwelle 106 achsparallel zueinander angeordnet. In dem Motorgehäuse 102 ist eine von außen zugängliche Öffnung 108 vorgesehen, die bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 100 zwei Hauptfunktionen hat.
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Sie dient zum einen dazu, ein Absteckwerkzeug 110 aufzunehmen (vgl. 4), um die erste Nockenwelle 104 für die Durchführung von Wartungsarbeiten in einer bestimmten Stellung vor Verdrehung zu sichern. Wie in 4 zu erkennen ist, umfasst das Absteckwerkzeug 110 einen zylindrischen Schaft 112 und einen kugelförmigen Kopf 114.
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Zum anderen dient die Öffnung 108 in dem Motorgehäuse 102 dazu, einen direkten Zugang zu einem Geberelement 116 zu schaffen, das drehfest an der ersten Welle 104 angeordnet ist. Bei dem in den 2–4 gezeigten Geberelement 116 handelt es sich um ein aus dem Stand der Technik in seiner Grundform bekanntes Geberrad, das aufgrund seiner Umfangskontor dazu geeignet ist, mit Hilfe eines im Bereich der Öffnung 108 in dem Motorgehäuse 102 angeordneten Sensors 118 die aktuelle Winkellage der ersten Nockenwelle 104 zu erfassen.
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Wie in den 2–4 zu erkennen ist, weist das an sich bekannte Geberelement 116 jedoch zusätzlich als Öffnung 120 ein Sackloch 122 auf, das dazu dient, das Absteckwerkzeug 110 in einer bestimmten Stellung der ersten Nockenwelle 104 aufzunehmen und somit die Welle 104 gegen Verdrehen zu sichern.
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Bei dem in den Figuren gezeigten Verbrennungsmotor 100 wird die zweite Nockenwelle 106 über einen in 2 erkennbaren Riementrieb 124 angetrieben.
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Die zweite Nockenwelle 106 wird über einen Koppeltrieb von der ersten Nockenwelle 104 angetrieben. Der in den Figuren im Detail nicht dargestellte Koppeltrieb umfasst einen Nockenwellensteller, der drehfest mit der ersten Nockenwelle 104 verbunden ist. Muss der Nockenwellensteller demontiert werden, werden die erste Nockenwelle 104 und die zweite Nockenwelle 106 voneinander entkoppelt. Dann besteht die Gefahr, dass die erste Nockenwelle 104 und die zweite Nockenwelle 106 ihre Zuordnung zueinander verlieren. Um dies zu verhindern, wird vor der Demontage des Nockenwellenstellers ein Verschlusselement in die Öffnung 108 in dem Motorgehäuse 102 so wett eingeführt, dass die erste Nockenwelle 104, wie in 4 dargestellt, gegen Verdrehen gesichert ist. Der zylindrische Schaft 112 des Absteckwerkzeuges 110 wird beim Einsetzen in die Öffnung 108 des Motorgehäuses 102 durch eine in den Figuren nicht dargestellte Führung aufgenommen und dringt schließlich in das in dem Geberelement 116 und der ersten Nockenwelle 104 ausgebildete Sackloch 122 ein. Dadurch ist die erste Nockenwelle 104 gegen Verdrehen fixiert. Die in dem Motorgehäuse 102 vorgesehene Führung ist vertikal angeordnet, so dass das Absteckwerkzeug 110 sich aufgrund der Schwerkraft nicht aus der in 4 gezeigten Position zurückbewegt. In dieser Position liegt der kugelförmige Kopf 114 des Absteckwerkzeuges 110 auf einer kreisringförmigen Auflagefläche im Bereich der Öffnung 108 des Motorgehäuses 102 auf.
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Der in 4 gezeigte zylindrische Schaft 112 des Absteckwerkzeugs 110 weist einen Durchmesser von 4 mm bis 12 mm, vorzugsweise 6 mm bis 8 mm, auf. Ist das Absteckwerkzeug 110, wie in 4 gezeigt, so weit in die Öffnung 120 eingeführt, dass die erste Nockenwelle 104 gegen Verdrehen fixiert ist, kann der Nockenwellensteller ohne Gegenhalten der ersten Nockenwelle 104 sicher von der ersten Nockenwelle 104 gelöst und wieder auf dieser montiert werden.
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Als Verschlusselement für die Öffnung
108 wird bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor der in den
1–
3 dargestellte Sensor
118 verwendet. Das Verschlusselement kann konstruktiv so gestaltet sein wie in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2010 055 192 beschrieben. Auf die in dieser Patentanmeldung beschriebenen technischen Merkmale wird hiermit ausdrücklich verwiesen. Insbesondere können an dem Verschlusselement ein Kopfbereich und ein Halsbereich ausgebildet sein. Der Halsbereich kann ein im unteren Bereich des Verschlusselements angeordnetes Gewinde sowie ein in einer Nut oberhalb des Gewindes angeordnetes Dichtelement zur radialen Abdichtung umfassen. Der Kopfbereich kann einen radial hervorstehenden Kragen umfassen, der vier gleichmäßig über den Umfang verteilte Ausnehmungen aufweist, die der Aufnahme von Rastelementen dienen. Diese Rastelemente können als kreissegmentartige Erhöhungen im Bereich der kreisringförmigen Auflagefläche an der Öffnung
108 ausgebildet sein.
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Um die Öffnung 108 mittels eines vorstehend beschriebenen Verschlusselements zu verschließen, wird dieses in die Öffnung 108 eingesetzt und dann über ein in den Figuren nicht im Detail dargestelltes, mit dem Gewinde des Verschlusselements korrespondierendes Gewinde auf der Innenseite der Öffnung 108 in die Öffnung 108 hineingedreht. Sobald die beschriebenen Rastelemente mit der Unterseite des Kragens in Kontakt kommen, beginnt sich der Kragen durch die von den Rastelementen ausgeübte Kraft durchzubiegen. Die Biegeelastizität des Verschlusselements ist durch die beiden kreisringförmigen Vertiefungen an der Stirnseite des Halsbereichs erhöht. Sobald das Verschlusselement eine Position erreicht, bei der die Rastelemente mit den Ausnehmungen in Deckung geraten, legt sich der zuvor von den Rastelementen weggedrückte Kragen an die Kreissegmente zwischen den Rastelementen an und die Rastelemente dringen in die Ausnehmungen des Verschlusselements ein. Dadurch ist das Verschlusselement gegen Verdrehen gesichert. Es kann nur gelöst werden, indem der biegeelastische Kragen im Bereich der Ausnehmungen nach oben gezogen und das Verschlusselement gleichzeitig gedreht wird. Zur Erleichterung des Drehens weist des Verschlusselement an der Stirnseite des Halsbereichs eine Vertiefung für die Klinge eines Schraubendrehers, einer Münze oder eines sonstigen Werkzeugs auf.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verbrennungsmotor
- 102
- Motorgehäuse
- 104
- erste Welle
- 106
- zweite Welle
- 108
- Öffnung im Motorgehäuse
- 110
- Absteckwerkzeug
- 112
- zylindrischer Schaft
- 114
- kugelförmiger Kopf
- 116
- Geberelement
- 118
- Sensor
- 120
- Öffnung
- 122
- Sackloch
- 124
- Riementrieb
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3832812 A1 [0002]
- WO 2004/106716 A1 [0003]
- FR 532377 A1 [0004]
- US 5845397 A [0005]
- DE 102010055192 [0031]
