DE102012202291A1 - Signalgeberrad - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Signalgeberrad (1) zur Erfassung einer Drehstellung einer Welle (2), insbesondere einer Nockenwelle (2a) oder einer Motorwelle. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Signalgeberrad (1) zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile (5, 6) mittels eines Verbindungselements (7) miteinander verbunden sind. Hierdurch lässt sich ein gecracktes Signalgeberrad (1) schaffen, das einfach an bereits montierten Nockenwellen (2a) anbaubar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Signalgeberrad zur Erfassung einer Drehstellung einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle oder einer Motorwelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Nockenwelle mit einem derartigen Signalgeberrad sowie eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer ein derartiges Signalgeberrad tragenden Nockenwelle. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Signalgeberrads und zur Montage desselben auf einer Nockenwelle.
  • Signalgeberräder dienen bei Nockenwellen in Brennkraftmaschinen zur Erfassung einer Drehstellung bzw. einer Drehwinkelstellung der Nockenwelle, welche wiederum zur Steuerung der Ein- und Auslassventile bzw. allgemein zur Motorsteuerung erforderlich ist. Um eine einwandfreie Erfassung der Drehstellung der Nockenwelle gewährleisten zu können, muss das Signalgeberrad drehfest mit der Nockenwelle verbunden sein. Dies wird bspw. dadurch erreicht, dass das Signalgeberrad und die Nockenwelle über einen Schrumpfsitz miteinander verbunden sind. Nockenwellenräder werden üblicherweise zusätzlich einstückig ausgebildet, bspw. aus gesintertem Metall, und in einem weiteren Montageschritt auf die Nockenwelle aufgefädelt. Beim Auffädeln wird dabei das Signalgeberrad erwärmt und/oder die Nockenwelle gekühlt und dadurch der thermische Fügesitz hergestellt. Besonders bei geschlossenen Lagerböcken bedingt dies jedoch neben dem Auffädeln der Nocken zusätzlich auch noch das Berücksichtigen des Signalgeberrads, zumindest dann, sofern dieses nicht längsendseitig an der Nockenwelle angeordnet wird.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Signalgeberrad der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine erleichterte Montage desselben auf einer zugehörigen Welle ermöglicht.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein allseits bekanntes Signalgeberrad zur Erfassung einer Drehstellung einer Welle, insbesondere zur Erfassung einer Drehwinkelstellung einer Nockenwelle oder allgemein einer Motorwelle, nicht mehr einstückig auszubilden, sondern aus zwei miteinander mittels eines Verbindungselements verbindbaren Teile herzustellen. Das erfindungsgemäße Signalgeberrad ist somit zweiteilig ausgebildet und ermöglicht insbesondere auch eine Montage desselben auf der zugehörigen Welle ohne ein axiales Aufschieben auf diese. Das die beiden Teile des Signalgeberrads miteinander verbindende Verbindungselement durchdringt dabei gleichzeitig die Welle, bspw. die Nockenwelle, und fixiert somit das Signalgeberrad sowohl in radialer, als auch in axialer Position auf der Welle.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die beiden Teile des Signalgeberrads durch Bruchtrennen (Cracken) aus einem ursprünglich einstückigen Signalgeberrad hergestellt. Das Verfahren des Bruchtrennens wird derzeit bspw. bei der Fertigung von Pleueln und Kurbelgehäusen angewendet, wobei durch das Bruchtrennen, das heißt durch das Cracken, Bruchoberflächen an den beiden Teilen, bspw. des Pleuelauges, geschaffen werden, die zwangsläufig zueinander passen und sich zudem beim miteinander Verbinden ineinander verzahnen, wodurch eine besonders zuverlässige und feste Verbindung geschaffen werden kann. Der eigentliche Trennvorgang beim Bruchtrennen erfolgt dabei mit roher Gewalt, insbesondere an vorher definierten Sollbruchstellen, wobei das Material für das Signalgeberrad so spröde sein muss, dass keine bleibenden Verformungen beim Bruchtrennen entstehen. Beim Bruchtrennen erfolgt somit ein Sprödbruch.
  • Zweckmäßig ist das Verbindungselement als Schraube ausgebildet und das Signalgeberrad weist zwei gegenüberliegende Bohrungen auf, wovon zumindest eine als Durchgangsöffnung ausgebildet ist und wobei die andere ein Innengewinde besitzt, das komplementär zum Außengewinde der Schraube, welche die beiden Teile des Signalgeberrads aneinander fixiert, ausgebildet ist. Das Einbringen der Bohrungen und das Einschneiden des Innengewindes werden dabei am noch einstückigen Signalgeberrad durchgeführt, wobei das einstückige Signalgeberrad erst anschließend durch Bruchtrennen in zwei Teile getrennt wird. Durch den Umstand, dass eine der beiden gegenüberliegenden Bohrungen als Durchgangsöffnung ausgebildet ist, kann durch diese Bohrung die Schraube eingeführt werden, wobei in der zugehörigen Welle selbstverständlich dazu fluchtende Bohrungen vorgesehen werden müssen. Ist die Schraube durch die Durchgangsöffnung und durch die Welle hindurch geschoben, gelangt sie in die gegenüberliegende Bohrung des zweiten Teils des Signalgeberrads und kann in das dort eingeschnittene Innengewinde eingeschraubt werden. Durch ein Festziehen der Schraube wird das Signalgeberrad an der Welle, bspw. an der Nockenwelle, fixiert. Durch ein passgenaues Ausführen der Bohrungen in der Welle kann zudem eine Lagefixierung des Signalgeberrads relativ zur Welle erzwungen werden.
  • Alternativ hierzu kann das Verbindungselement selbstverständlich auch als Passstift ausgebildet sein und mittels einer Presspassung in die beiden Teile des Signalgeberrades eingepresst werden. Auch ein Verkleben oder ein Verschweißen des als Passstift ausgebildeten Verbindungselements mit zumindest einem der beiden Teile ist vorstellbar, wobei hierfür vorzugsweise WIG-Schweißen oder Laserschweißen als Schweißverfahren verwendet wird.
  • Zweckmäßig ist das Signalgeberrad mittels eines Sinterprozesses hergestellt. Durch Sinterprozesse können äußerst belastbare Metalle hergestellt werden, die neben der hohen Belastbarkeit auch eine hohe Maßhaltigkeit besitzen. Je nach Sintertemperatur kann auch die Sprödigkeit des Materials beeinflusst werden, so dass das mittels des Sinterprozesses hergestellte Signalgeberrad durch den Sinterprozess für das später erfolgende Bruchtrennen vorbereitet werden kann. Das Signalgeberrad kann dabei Sollbruchstellen aufweisen, die ein Brechen des Signalgeberrads beim Bruchtrennen an genau diesen Stellen bewirken.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Durchgangbohrung einen größeren Durchmesser auf als die gegenüberliegende Bohrung, die das Innengewinde aufweist und die insbesondere als Sacklochbohrung ausgebildet sein kann. Selbstverständlich ist alternativ auch vorstellbar, dass die Durchgangsbohrung und die gegenüberliegende Bohrung mit dem Innengewinde einen gleich großen Durchmesser besitzen. Durch die unterschiedlichen Durchmesser ist es möglich, eine sich verjüngende Schraube zur Fixierung des Signalgeberrades an der Welle einzusetzen, wodurch sich bspw. Gewicht einsparen lässt, was beim späteren Betrieb einer Brennkraftmaschine üblicherweise zu einer Kraftstoffreduzierung führt.
  • 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 ein erfindungsgemäßes Signalgeberrad in einer Ansicht auf einer montierten Nockenwelle,
  • 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer Schnittdarstellung,
  • 3 eine weitere Ausführungsform des Signalgeberrades.
  • Entsprechend den 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßes Signalgeberrad 1 zur Erfassung einer Drehstellung einer Welle 2, die bspw. als Nockenwelle 2a ausgebildet sein kann, radial abstehende Zähne 3 auf, die auf einem Grundkreis 4 angeordnet sind. Um nun das erfindungsgemäße Signalgeberrad 1 auch bspw. bei einer in einem Zylinderkopf verbauten Nockenwelle 2a einfach austauschen zu können, ist dieses zweiteilig ausgebildet, nämlich aus einem ersten Teil 5 und aus einem zweiten Teil 6, wobei die beiden Teile 5 und 6 mittels eines Verbindungselements 7 miteinander verbunden und dadurch sowohl aneinander als auch an der Welle 2 bzw. der Nockenwelle 2a fixiert sind. Das Verbindungselement 7 ist in dem gezeichneten Fall als Schraube 7' ausgebildet, wobei selbstverständlich auch eine Ausbildung als Passstift vorstellbar ist. Eine Herstellung des erfindungsgemäßen Signalgeberrads 1 erfolgt dabei durch ein Bruchtrennen des zunächst einstückig hergestellten Signalgeberrades 1, ähnlich dem so genannten „Cracken“ bei Pleuelaugen von Pleueln. Durch die in den Bruchflächen 8 und 8‘ auftretende und durch das Bruchtrennen hergestellte Verzahnung kann eine besonders reibfähige Verbindung zwischen den beiden Teilen 5 und 6 des Signalgeberrads 1 erzielt werden.
  • Zusätzlich weist das Signalgeberrad 1 zwei gegenüberliegende Bohrungen 9 und 9‘ (vgl. 2) auf, wovon gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest die eine Bohrung 9 als Durchgangsöffnung ausgebildet ist und wobei die andere Bohrung 9‘ ein Innengewinde 10 aufweist, welches komplementär zum Außengewinde 11 der Schraube 7' ausgebildet ist. Unter Bohrung 9, 9' soll allgemein eine Öffnung verstanden werden. Hierdurch lässt sich die Schraube 7' in die Bohrung 9‘ einschrauben, wobei ein Schraubenkopf 12 ein Widerlager auf der anderen Seite schafft. Im Schraubenkopf 12 kann dabei eine Angriffskontur 13, bspw. ein Inneninbus, angeordnet sein. Betrachtet man weiterhin die 2, so kann man erkennen, dass die Bohrung 9 einen größeren Durchmesser aufweist als die gegenüberliegende Bohrung 9‘, die zudem als Sacklochbohrung ausgebildet sein kann. Alternativ ist selbstverständlich auch eine durchmessermäßig gleichgroße Ausbildung der beiden Bohrungen 9 und 9‘ vorstellbar.
  • Hergestellt wird das erfindungsgemäße Signalgeberrad 1 mittels eines so genannten Sinterprozesses, mit welchem zum einen eine gewisse Härte und zum anderen eine gewisse Sprödheit erzielt werden kann, welche für das spätere Bruchtrennen erforderlich ist. Beim Bruchtrennen wird das Signalgeberrad 1 üblicherweise in zwei annähernd gleich große Teile 5, 6 gebrochen, wobei selbstverständlich geringfügige Größenunterschiede nicht ins Gewicht fallen. Die beiden Teile 5, 6 sollten lediglich derart ausgebildet sein, dass eine problemlose seitliche Montage des Signalgeberrades 1 auf der Welle 2 bzw. der Nockenwelle 2a möglich ist.
  • Zur Fixierung des Signalgeberrads 1 auf der Welle 2, insbesondere auf der Nockenwelle 2a, sind in dieser ebenfalls zwei Bohrungen 9a und 9b eingebracht, die wiederum gegenüberliegen und die vorzugsweise hinsichtlich ihres Innendurchmessers komplementär zum dortigen Außendurchmesser des Verbindungselements 7 ausgebildet sind, wodurch eine Fixierung des Verbindungselements 7 und darüber des Signalgeberrades 1 sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung zuverlässig gewährleistet werden kann. Die beiden Bruchflächen 8 und 8‘ und damit die beiden Bruchtrennstellen sind benachbart zu den Zähnen 3, das heißt im Bereich des Grundkreises 4 angeordnet. Hierdurch kann insbesondere ein unerwünschtes Brechen des Signalgeberrades 1 durch einen Zahn 3 hindurch vermieden werden, wodurch die Signalerfassung von einem außerhalb des Signalgeberrads 1 positionierten Sensors nicht beeinträchtigt wird.
  • Verwendet wird ein derartiges Signalgeberrad 1 bspw. auf einer Nockenwelle 2a einer lediglich schemenhaft angedeuteten Brennkraftmaschine 14, die bspw. in einem Kraftfahrzeug eingebaut sein kann.
  • Hergestellt und montiert auf der Nockenwelle 2a wird dabei das erfindungsgemäße Signalgeberrad 1 wie folgt:
    Zunächst wird das Signalgeberrad 1 mittels eines Sinterprozesses hergestellt, wobei im Sintern feinkörnige metallische oder keramische Stoffe meist unter erhöhtem Druck auf Temperatur unterhalb deren Schmelztemperatur erhitzt werden. Anschließend erfolgt ein miteinander Verbinden der zumeist körnigen und pulvrigen Stoffe durch die Erwärmung, wobei die Materialien an sich nicht schmelzen, sondern lediglich zusammengebacken werden.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt werden in dem nun derart hergestellten Signalgeberrad 1 zwei gegenüberliegende Bohrungen 9 und 9‘ eingebracht, wovon eine Bohrung 9 als Durchgangsöffnung ausgebildet ist und wobei in die gegenüberliegende Bohrung 9‘ ein Innengewinde 10 eingebracht wird. Danach wird das erfindungsgemäße Signalgeberrad 1 durch Bruchtrennen (Cracken) in zwei Teile 5, 6 gebrochen. In diesem gebrochenen Zustand kann das Signalgeberrad 1 vergleichsweise einfach auf der Nockenwelle 2a angeordnet, insbesondere von der Seite aufgeschoben und mittels dem Eindrehen der Schraube 7' fest an der Nockenwelle 2a fixiert werden. Von großem Vorteil dabei ist, dass aufgrund der vergleichsweise rauen Bruchflächen 8 ein hoher Reibschluss zwischen den beiden Teilen 5, 6 des Signalgeberrads 1 erzielt werden kann. Von wesentlichem Vorteil ist darüber hinaus, dass das erfindungsgemäße Signalgeberrad 1 bspw. an einer Nockenwelle 2a innerhalb der Brennkraftmaschine 14, das heißt in eingebautem Zustand angeordnet werden kann, ohne dass die Nockenwelle 2a hierfür zunächst ausgebaut werden müsste. Hierdurch lässt sich insbesondere ein Wartungs- und Reparaturaufwand deutlich reduzieren.
  • Die in den 1 und 2 dargestellte Trennebene teilt das Signalgeberrad 1 in zwei nahezu gleich große Teile 5, 6 (Hälften), die einfach seitlich auf die Welle 2 aufgeschoben werden können. Denkbar ist aber auch eine Teilung, die nicht in etwa gleichen Hälften erfolgt, sondern so wie in 3, so dass der eine Teil 5 auch axial aufgeschoben werden muss. Hierdurch kann der Teil 5 schon „locker“ auf der Welle 2 mitaufgefädelt werden, um dann den zweiten Teil 6 zu montieren, wenn sich die Nockenwelle 2a im Zylinderkopf befindet. Da ein Montageraum im Zylinderkopf oft eng ist, kann es unter Umständen schwierig werden, beide Teile 5, 6 gleichzeitig festzuhalten. In solchen Fällen ist die ungleiche Teilung vorteilhaft.

Claims (13)

  1. Signalgeberrad (1) zur Erfassung einer Drehstellung einer Welle (2), insbesondere einer Nockenwelle (2a) oder einer Motorwelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalgeberrad (1) zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile (5, 6) mittels eines Verbindungselements (7) miteinander verbunden sind.
  2. Signalgeberrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (5, 6) des Signalgeberrads (1) durch Bruchtrennen (Cracken) aus einem ursprünglich einstückigen Signalgeberrad (1) hergestellt sind.
  3. Signalgeberrad nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (5, 6) des Signalgeberrades (1) mittels einem als Schraube (7') ausgebildeten Verbindungselement (7) miteinander verbunden sind und, wobei das Signalgeberrad (1) zwei gegenüberliegende Bohrungen (9, 9') aufweist, wovon zumindest eine Bohrung (9) als Durchgangsöffnung ausgebildet ist und wobei die andere Bohrung (9') ein Innengewinde (10) aufweist, welches komplementär zum Außengewinde (11) der Schraube (7') ausgebildet ist.
  4. Signalgeberrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalgeberrad (1) mittels eines Sinterprozesses hergestellt ist.
  5. Signalgeberrad nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als Durchgangsbohrung ausgebildete Bohrung (9) einen größeren Durchmesser aufweist als die gegenüberliegende Bohrung (9'), die als Sacklochbohrung ausgebildet sein kann.
  6. Signalgeberrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7) als Passstift ausgebildet ist.
  7. Signalgeberrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – dass der Passstift eine strukturierte Oberfläche aufweist, und/oder – dass der Passstift mit den beiden Teilen (5, 6) verklebt oder verschweißt ist.
  8. Signalgeberrad nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalgeberrad (1) radiale Zähne (3) aufweist zur Signalerfassung, wobei die beiden Bruchtrennstellen mit Bruchflächen (8, 8') benachbart zu den Zähnen (3) an einem Grundkreis (4) vorgesehen sind.
  9. Nockenwelle (2a) mit einem Signalgeberrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Nockenwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2a) zwei gegenüberliegende Durchgangsöffnungen (9a, 9b) aufweist, durch welche das Verbindungselement (7) des Signalgeberrades (1) verläuft.
  11. Brennkraftmaschine (14) mit zumindest einer Nockenwelle (2a) nach Anspruch 9 oder 10.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Signalgeberrades (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und zur Montage desselben auf einer Nockenwelle (2a), bei dem – das Signalgeberrad (1) mittels eines Sinterprozesses hergestellt wird, – zwei gegenüberliegende Bohrungen (9, 9') eingebracht werden, wovon zumindest eine Bohrung (9) als Durchgangsöffnung ausgebildet ist, – das Signalgeberrad (1) durch Bruchtrennen (Cracken) in zwei Teile (5, 6) gebrochen wird, – das Signalgeberrad (1) auf der Nockenwelle (2a) angeordnet und mittels eines Verbindungselements (7) fixiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bohrung (9') ein Innengewinde (10) eingebracht wird und dass das Signalgeberrad (1) auf der Nockenwelle (2a) angeordnet und mittels einer eingedrehten Schraube (7') fixiert wird.
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