DE19715856B4

DE19715856B4 - Nockenwellenanordnung

Info

Publication number: DE19715856B4
Application number: DE19715856A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Bielefeld; Hans-Ulrich Jahrens
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: EP0872631A1; EP0872631B1; DE19715856A1; DE59806232D1

Abstract

Nockenwellenanordnung, enthaltend eine mit einer Nockenwelle (3) einer Brennkraftmaschine drehfest Verbundene, der Nockenwellen-Lageerkennung dienende Nockenwellen-Geberscheibe (2), die am Umfang unterschiedliche Segmente (8, 9, 10, 11) mit Zwischenräumen (12, 13, 14, 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Nockenwellen-Geberscheibe (2) und Nockenwelle (3) einstückig und materialeinheitlich unter Ausbildung der Segmente (8, 9, 10, 11) und zumindest eines Teils der Zwischenräume (12, 13, 14, 15) in zwei Gießformkästen gegossen sind, deren Entformebene (16) eine Mittellängsebene der Nockenwelle (3), eine Radialebene der Nockenwellen-Geberscheibe (2) sowie Flanken der Segmente (8, 10) enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenanordnung gemäß dem Oberbergriff des Patentanspruchs 1.
Bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine dreht die Kurbelwelle zweimal je Arbeitsspiel und überstreicht somit einen Winkel von 720°, bevor ein bestimmter Zylinder wieder die gleiche Arbeitsstellung einnimmt. Um die momentane Arbeitsstellung eines Zylinders zu erfassen, reicht es daher nicht aus, die Winkelposition der Kurbelwelle innerhalb einer Umdrehung zu bestimmen. Es muss zudem erfasst werden, ob sich die Brennkraftmaschine gerade in der ersten oder in der zweiten Hälfte des Arbeitsspiels entsprechend der ersten oder zweiten Kurbelwellenumdrehung befindet. Eine solche Zylindererkennung ist in Verbindung mit einer modernen Brennkraftmaschinensteuerung erforderlich.
Dazu sind Geberanordnungen bekannt (siehe die gattungsbildenden EP 0 572 584 B1 und DE 41 41 714 A1 ) mit einer Geberscheibe, die mit der Kurbelwelle verbunden ist und an ihrem Umfang eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken sowie eine Bezugsmarke aufweist. Zudem ist eine zweite Geberscheibe mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden, die am Umfang unterschiedlich lange Segmente mit Zwischenräumen aufweist. Die Anzahl der Segmente entspricht der Anzahl der Zylinder. Die Hälfte der Segmente besteht aus aufeinanderfolgenden kurzen Segmenten und aufeinanderfolgenden langen Segmenten, wobei zwischen den langen Segmenten kurze Zwischenräume und zwischen den kurzen Segmenten lange Zwischenräume liegen. Zudem liegt gegebenenfalls zwischen den kurzen und langen Segmenten ein kurzer oder langer Trennraum.
Die Kurbelwellen-Geberscheibe und die Nockenwellen-Geberscheibe werden von Aufnehmern, beispielsweise induktiven Aufnehmern oder Hall-Sensoren abgetastet. Die beim Vorbeilaufen der Winkelmarken bzw. der Segmente in den Aufnehmern erzeugten Signale werden einem Steuergerät zugeführt und dort für eine genaue Zylindererkennung und Lageerkennung ausgewertet. Insbesondere werden Kombinationen aus den elektrischen Signalen unter Berücksichtigung kurzer High- oder Low-Phasen, die den kurzen und langen Segmenten zugeordnet sind, für die Zylindererkennung ausgewertet.
Die Nockenwellen-Geberscheibe wurde bisher als separate Scheibe hergestellt und zusammen mit der Nockenwelle drehangetrieben verbunden. Die Herstellung der Scheibe, ggf. eine Justierung gegenüber der Nockenstellung und die Montage sind dabei relativ aufwendig. Zudem sind Toleranzen möglich, die bei ungünstigen Verhältnissen zu Fehlerkennungen führen können.
Während bei diesen bekannten Nockenwellenanordnungen Nockenwellen und Nockenwellen-Geberscheiben aus getrennten, durch mechanische Maßnahmen drehfest miteinander verbundenen Teilen bestehen, beschreibt die JP 57-099225 A eine Nockenwelle mit einem inneren Schaft, der auf seinem Umfang eine spiralförmige Nut trägt, auf dem Nocken angeordnet sind; zur festen Verbindung der Nocken mit diesem Schaft dient eine durch Giessen gewonnene Umhüllung des Schafts, die zugleich ein Antriebszahnrad bildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Nockenwellenanordnung zu schaffen, bei der bei guter Funktion die Herstellungs- und Montagekosten reduziert sind.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
Durch die Erfindung ist in vorteilhafter Weise eine durch die Herstellung bedingte genaue Zuordnung der Geberscheibensegmente zu der Nockenstellung der Nockenwelle gegeben. Zudem ist eine stabile Drehverbindung zwischen der Nockenwellen-Geberscheibe und der Nockenwelle sichergestellt, da beide in einem Herstellungsprozess einteilig hergestellt sind. Montagearbeiten zur Einbringung und Verbindung der Gerberscheibe mit der Nockenwelle entfallen.
Die Nockenwellen-Geberscheibe und die Nockenwelle werden einstückig unter Ausbildung der Segmente und zumindest eines Teils der Zwischenräume gegossen. Dabei ist ein einfaches Gießverfahren mit zwei Formkästen möglich, wobei deren Entformebene in einer Mittenlängsebene der Nockenwelle liegt. Durch geeignete Lage der Nockenwellen-Geberscheibe in den Formkästen treten keine oder nur wenige Flanken an den Segmenten auf, die Hinterschneidungen bilden. Somit können zumindest ein Teil der Segmente und deren Zwischenräume direkt und ohne Nachbearbeitung gegossen werden. Zudem sind wenigstens ein Teil der Segmentlängen und Zwischenraumlängen sowie die zugeordneten Signallängen unkritisch, so daß entsprechende gußbedingte Längentoleranzen für die Zylindererkennung unkritisch sind. Nachbearbeitungen sind somit lediglich dort erforderlich, wo an den Segmenten Hinterschneidungen bezüglich der Entformebene im fertigen Zustand auftreten und diese aufgrund des einfachen Gießverfahrens ohne Einlageteile oder Schieber nicht herstellbar sind. Nachbearbeitungen können auch dort erforderlich werden, wo für eine Zylinder- und Lageerkennung genaue Flankenlagen der Segmente erforderlich sind.
Das vorbeschriebene, einfache Gießverfahren mit zwei Formkästen ohne zusätzliche Einlagen ist besonders geeignet für eine Einheit aus einer Nockenwellen-Geberscheibe und einer Nockenwelle, die für eine Brennkraftmaschine mit Vier Zylindern bestimmt ist. Dabei weist die Nockenwellen-Geberscheibe vier Segmente auf, dergestalt, daß auf zwei lange Segmente zwei kurze Segmente folgen, wobei im Anschluß an die langen Segmente kurze Zwischenräume und im Anschluß an die kurzen Segmente lange Zwischenräume liegen.
Durch die Wahl der Entformebene zwischen den beiden Formkästen bezüglich der Drehstellung der Nockenwellen-Geberscheibe sind Hinterschneidungen vollständig oder zumindest weitgehend vermieden, so dass die Geberscheibe dieser Nockenwellenanordnung mit Segmenten und Zwischenräumen durch Gießen ohne Nacharbeiten oder nur mit geringen Nachbearbeitungen herstellbar ist.
Dabei ist die Entformebene in eine Radialebene der Nockenwellen-Geberscheibe gelegt, so dass diese einerseits am Ende des ersten langen Zwischenraums und andererseits gegenüberliegend zu Beginn des zweiten langen Segments liegt. Dadurch verlaufen die entsprechenden Segmentflanken in der Entformebene.
Weiter können die Flanken zu Beginn und am Ende des ersten kurzen Segments sowie die Flanke am Beginn und ggf. am Ende des ersten langen Segments senkrecht stehend auf der Entformebene gewählt werden, so daß auch bezüglich dieser Flanken eine Entformung ohne Hinterschneidungen möglich ist.
Insbesondere kann auch der Zwischenraum zwischen den beiden langen Segmenten so ausgeführt werden, daß die Flanke am Ende des ersten langen Segments nicht radial verläuft sondern etwa senkrecht auf der Entformebene steht und somit eine einfache Entformung ohne Hinterschneidungen möglich ist. An dieser Flanke muß ein zugeordneter Sensor in der Regel genau "Low" erkennen, so daß hier eine Nachbearbeitung zu einer genau definierten Flankenstellung zweckmäßig ist. Da eine solche Nachbearbeitung hier ohnehin ggf. erforderlich ist, kann dieser Zwischenraum zwischen den beiden langen Segmenten auch von vorneherein ganz oder teilweise voll gegossen sein und dann nach dem Entformen ausgefräst werden.
Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In 1 ist eine Einheit 1 aus einer Nockenwellen-Geberscheibe 2 und einer Nockenwelle 3 dargestellt, wobei die Nockenwellen-Geberscheibe 2 und die Nockenwelle 3 als Einheit 1 einstückig und materialeinheitlich mit einem einfachen Gießverfahren mit zwei Formkästen hergestellt ist.
Die Nockenwellen-Geberscheibe 2 und die Nockenwelle 3 rotieren gemeinsam um eine zentrale Achse 4 im Uhrzeigersinn entsprechend dem Pfeil 5.
Am Umfang der Nockenwellen-Geberscheibe 2 sind unterschiedlich lange Segmente mit Zwischenräumen angeordnet, wobei der Scheibendurchmesser entsprechend der Pfeile 6 und 7 in den Segmentbereichen deutlich größer gegenüber den Zwischenraumbereichen ist.
Unter Berücksichtigung der Drehrichtung (Pfeil 5) folgen auf ein erstes und zweites kurzes Segment 8, 9 ein erstes und zweites langes Segment 10, 11. Im Anschluß an die kurzen Segmente 8, 9 liegt ein erster und zweiter langer Zwischenraum 12, 13 und im Anschluß an die langen Segmente 10, 11 jeweils ein erster und zweiter kurzer Zwischenraum 14, 15.
Bei einem Gießverfahren mit zwei Formkästen ohne zusätzliche Einlagen liegt die Entformebene 16 in einer Radialebene einerseits am Ende des ersten langen Zwischenraums 12 bzw. an der Startflanke des zweiten kurzen Segments 9 und andererseits am Ende des ersten kürzeren Zwischenraums 14 bzw. an der Startflanke des zweiten langen Segments 11. Die Entformungsrichtung ist mit Pfeilen 17 eingezeichnet.
Damit keine Hinterschneidungen auftreten, stehen zudem die Flanken zu Beginn und am Ende des ersten kurzen Segments 8 sowie die Flanken am Beginn und Ende des ersten langen Segments 10 senkrecht auf der Entformebene 16.
Die Flanke 18 zwischen dem ersten und zweiten langen Segment 10, 11 ist durch Fräsen genau nachgearbeitet, so daß sich hier genaue Winkelverhältnisse (angedeutet durch Pfeile 19, 20) für eine genaue und zuverlässige "Low"-Erkennung durch einen zugeordneten Sensor ergeben.

Claims

Nockenwellenanordnung, enthaltend eine mit einer Nockenwelle (3) einer Brennkraftmaschine drehfest Verbundene, der Nockenwellen-Lageerkennung dienende Nockenwellen-Geberscheibe (2), die am Umfang unterschiedliche Segmente (8, 9, 10, 11) mit Zwischenräumen (12, 13, 14, 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Nockenwellen-Geberscheibe (2) und Nockenwelle (3) einstückig und materialeinheitlich unter Ausbildung der Segmente (8, 9, 10, 11) und zumindest eines Teils der Zwischenräume (12, 13, 14, 15) in zwei Gießformkästen gegossen sind, deren Entformebene (16) eine Mittellängsebene der Nockenwelle (3), eine Radialebene der Nockenwellen-Geberscheibe (2) sowie Flanken der Segmente (8, 10) enthält.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (1) aus Nockenwellen-Geberscheibe (2) und Nockenwelle (3) für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern bestimmt ist und dazu vier Segmente (8, 9, 10, 11) aufweist, dergestalt, dass auf zwei lange Segmente (10, 11) zwei kurze Segmente (8, 9) folgen, wobei im Anschluss an die langen Segmente (10, 11) kurze Zwischenräume (14, 15) und im Anschluss an die kurzen Segmente (8, 9) lange Zwischenräume (12, 13) liegen.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entformebene (16) in einer Radialebene der Nockenwellen-Geberscheibe (2) liegt einerseits am Ende des ersten langen Zwischenraums (12) und andererseits zu Beginn des zweiten langen Segments (11).
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken zu Beginn und am Ende des ersten kurzen Segments (8) sowie die Flanke am Beginn und gegebenenfalls am Ende des ersten langen Segments (10) senkrecht auf der Entformebene (16) stehen.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (14) zwischen den beiden langen Segmenten (10, 11) wenigstens teilweise voll gegossen und nach dem Entformen ausgefräst ist.