6-Zylinder Einfach-Vanos Tellerfeder Anleitung
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Informationen werden nur als Hilfe angeboten, die Nutzung ist auf eigene
Gefahr.
In keinen Fall ist Beisan Systems, LLC oder deren Mitarbeiter verantwortlich
für zufällige, folgende oder jegliche Zerstörungen oder Beschädigungen aller
Art wie auch immer verursacht.
Einführung
BMW führte sein erstes System zur variablen
Ventilsteuerung 1992 ein. Sie bezeichneten es als Verstelleinheit zur variablen
Nockenwellensteuerung “Vanos“. Bei den normalen 6 Zyl. Motoren war dies ein
Einfach-Vanos (Verstellung der Einlassseite) und wurde mit den Modellen E36
320i/325i und E34 520i/525i eingeführt. BMW hat schnell festgestellt, dass das
variable Ventiltriebsystem anfällig für ein Rasseln ist. Sie änderten das
System ab, um eine Tellerfeder an das Zahnrad der Einlassnockenwelle zu
montieren. Die Tellerfeder dämpft Rotationsspiel des Zahnrades und verringert
so das Rasseln. Diese Tellerfeder wurde an allen nachfolgenden Modellen mit dem
standard 6Zyl. Motor verbaut, außer an dem 328i. Im März 95 wurde das
Tellerfederupdate an den Modellen E36 320i/325i/328i und E34 520i/525i eingeführt.
Dieses Tellerfederupdate kann an den Modellen E36 320i/325i/328i und E34
520i/525i vor März 95 nachgerüstet werden. Diese Nachrüstung kann das Rasseln des
Ventiltriebs signifikant verbessern.
Technischer Hintergrund
Um die Funktion der Tellerfeder zum Reduzieren
des Rasselns zu verstehen, ist ein besseres Verständnis von BMW’s variablen
Ventiltrieb notwendig.
Die variable Ventilsteuerung ist die dynamische Änderung des
Öffnungs-/Schließzeitpunktes des Ventils. BMW’s variable Ventilsteuerung
verschiebt die Steuerzeiten (Phasenverschiebung). Der Nocken der Nockenwelle
wird nicht verändert, die Öffnungs- und Schließcharakteristik der Ventile
bleibt also gleich. Was sich verändert ist der Öffnungs-/Schließzeitpunkt der
Ventile relativ zur Kurbelwelle. Die Drehposition der Nockenwelle relativ zur
Kurbelwelle wird verändert (verschoben). Nach Vorne (Früh) verstellt (im
Uhrzeigersinn) betätigt die Nockenwelle den Ventiltrieb (Öffnen/Schließen)
früher relativ zur Kurbelwelle. Nach Hinten (Spät) verstellt (gegen den
Uhrzeigersinn) betätigt die Nockenwelle den Ventiltrieb (Öffnen/Schließen)
später relativ zur Kurbelwelle.
Schrägverzahnte Zahnräder sind physikalisch geeignet diesen Mechanismus zu
implementieren. Da eine Schrägverzahnung sich verdrehen muss, wenn man die
Verzahnung ineinander schiebt. Diese Charakteristik der Schrägverzahnung wird
verwendet, um die Verdrehung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle dynamisch,
während sich der Motor dreht, umzusetzen.
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Die Nockenwelle und das Nockenwellenzahnrad sind nicht direkt aneinander
montiert. Das Zahnrad hat ein Loch in der Mitte, das größer ist als das Ende
der Nockenwelle. Es ist eine gegensätzliche Schrägverzahnung in dem Zahnradloch
und auf dem Nockenwellenende. Es gibt eine unabhängige Zahnwelle mit einem
Becher, an dessen Innenseite und Außenseite sich eine Schrägverzahnung
befindet. Die innere Schrägverzahnung des Zahnwellenbechers passt auf die
Schrägverzahnung der Nockenwelle und die äußere Schrägverzahnung des
Zahnwellenbechers passt auf die Schrägverzahnung des Zahnrades. Der
Zahnwellenbecher ist eingeschoben und verbindet die Schrägverzahnung der
Nockenwelle mit der des Zahnrades. Also verbindet die Zahnwelle die Nockenwelle
mit dem Zahnrad. Ziehen und drücken der Zahnwelle axial rein/raus aus der
Nockenwelle und dem Zahnrad erfordert das Verdrehen einer Komponente wegen der
Schrägverzahnung. Die Drehung des Zahnrades ist durch die Steuerkette fixiert.
Die Zahnwelle kann sich nicht verdrehen, wegen ihrer gegensätzlichen
Schrägverzahnung an der Außenseite und Innenseite des Bechers. Daher verdreht
sich die Nockenwelle, wenn die Zahnwelle axial bewegt wird.
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Die Zahnwelle axial in Richtung Nockenwelle und Zahnrad drücken verdreht die
Nockenwelle nach Vorne (im Uhrzeigersinn) und bewirkt so frühere Steuerzeiten.
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Die Zahnwelle axial aus der Nockenwelle und dem Zahnrad herausziehen verdreht die
Nockenwelle nach Hinten (gegen den Uhrzeigersinn) und bewirkt so spätere
Steuerzeiten.
Das Vanos ist ein hydraulischer Steller. Seine
Aufgabe ist es dynamisch die Zahnwelle axial zu bewegen, um so die Nockenwelle
nach Früh oder Spät zu verdrehen, was zur variablen Ventilsteuerung führt.
Das Vanos besitzt zwei Zylinder und einen Kolben. Es gibt je eine Ölkammer auf
der Vorderseite und auf der Rückseite des Kolbens. Ein Regeln des Öldrucks in
den zwei Ölkammern steuert die axiale Position des Kolbens. Dichtringe am Kolben
ermöglichen es den Kolben axial an der Zylinderwand hin und her zu bewegen,
während eine gute Ölabdichtung zwischen den beiden Ölkammern beibehalten wird.
Die Zahnwelle ist an den Vanos-Kolben montiert. Daher bewirkt eine axiale
Bewegung des Kolbens auch eine axiale Bewegung der Zahnwelle. In der Mitte des
Kolbens befindet sich eine Lagerung. Die Zahnwelle ist mit dieser Lagerung
verbunden. Diese Lagerung im Kolben erlaubt es der Zahnwelle sich mit der
Nockenwelle und dem Zahnrad zu drehen, während der Kolben sich nicht dreht.
An einem Motor ohne variable Ventilsteuerung ist das Nockenwellenzahnrad direkt
an die Nockenwelle geschraubt. Wie oben beschrieben ist bei BMW’s variabler
Ventilsteuerung das Zahnrad über eine Zahnwelle mit der Nockenwelle verbunden. Aber
dies genügt nicht, um das Zahnrad richtig zu halten. BMW fand eine Methode das
Zahnrad an die Nockenwelle zu montieren und es gleichzeitig der Nockenwelle zu
ermöglichen sich unabhängig von dem Zahnrad zu drehen, um die
Ventilsteuerzeiten zu verstellen.
Die Nockenwelle hat 3 Bolzen axial herausstehen und das Zahnrad hat 3 Schlitze auf
der Oberfläche. Die Schlitze im Zahnrad werden auf die Bolzen der Nockenwelle
gesteckt. Wenn die Nockenwelle zum Einstellen der Ventilsteuerung verdreht
wird, verschieben sich die Nockenwellenbolzen entlang der Schlitze des
Zahnrades. Das erlaubt der Nockenwelle sich unabhängig vom Zahnrad zu
verdrehen.
Um das Zahnrad auf den Nockenwellenbolzen zu führen sind Anlaufscheiben auf der
Vorder- und Rückseite des Zahnrades montiert. Diese Anlaufscheiben sind an den
Nockenwellenbolzen fest geschraubt und drehen sich mit der Nockenwelle. Während
die Ventilsteuerzeiten verstellt werden rutschen die Anlaufscheiben Oberflächen
auf den Zahnradoberflächen entlang.
Ursache des Rasselns
Durch die Wirkweise der Schrägverzahnung
verursacht nicht nur die axiale Verschiebung der Zahnwelle eine Verdrehung der
Nockenwelle, sondern auch umgekehrt bewirkt die Drehung der Nockenwelle eine
axiale Verschiebung der Zahnwelle.
Mit der Zeit nutzt sich die seitliche Kontaktfläche der Schrägverzahnung an der
Nockenwelle, dem Zahnrad und der Zahnwelle etwas ab. Diese Abnutzung bewirkt überhöhtes
Spiel zwischen den Schrägverzahnungen. Das wiederum bewirkt überhöhtes Spiel in
dem Sitz der Zahnwelle zur Nockenwelle und dem Zahnrad. Das macht sich in
axialem Spiel zwischen der Zahnwelle und der Nockenwelle und dem Zahnrad
bemerkbar.
Wenn die Nockenwelle sich dreht rutscht der Nocken über den Ventilschaft und
presst die Ventilfeder zusammen, um das Ventil zu öffnen. Dann rutscht der
Nocken weiter über den Ventilschaft und entlastet nach überschreiten des
Totpunktes die Ventilfeder, damit das Ventil wieder schließt. Die
Widerstandskraft der Ventilfeder beim zusammenpressen bewirkt eine Kraft
entgegen der Drehrichtung der Nockenwelle. Die Spannkraft der Ventilfeder bewirkt
eine zusätzliche Kraft in Drehrichtung der Nockenwelle, sobald sich der Nocken
über den Totpunkt gedreht hat.
Durch das axiale Spiel der Zahnwelle bewirkt der Nocken durch das Zusammenpressen
der Ventilfeder eine leichte Verzögerung relative zur Kurbelwelle und das
Entlasten der Spannkraft der Ventilfeder durch den Nocken bewirkt eine leichte Beschleunigung
relative zur Kurbelwelle.
Diese Bewegungen macht die Nockenwelle, da sie sich den Weg des geringsten
Widerstandes sucht. Durch das axiale Spiel der Zahnwelle ist weniger Widerstand
auf die Nockenwelle sich zu verzögern als die Feder zusammen zu pressen und es
ist weniger Widerstand auf die Nockenwelle sich zu beschleunigen, als die Spannkraft
der Feder zu halten. Diese Bewegungen bewirken Schläge der Nockenwelle, die die
Zahnwelle axial übernehmen. Desto größer die Abnutzung der Schrägverzahnung
ist, desto größer ist das axiale Spiel der Zahnwelle, desto stärker die Schläge
der Nockenwelle.
Bei verschiedenen Drehzahlen haben diese Nockenwellenbewegungen eine Resonanz.
Dies verursacht stärkere Nockenwellenschläge, was kräftigere axiale Eingriffe
auf die Zahnwelle bewirkt. Dies verursacht starke axiale Bewegungen der
Zahnwelle. Jedes axiale Spiel in der Umgebung der Zahnwelle ist betroffen und
kann ein Rasseln verursachen.
Es gibt zwei Stellen mit axialem Spiel. Die Schrägverzahnung selbst hat axiales
Spiel das eine Rolle spielt und rasselt und die Lagerung im Vanoskolben hat
axiales Spiel das eine Rolle spielt und rasselt.
Die axialen Bewegungen der Zahnwelle, die von den Nockenwellenschlägen
verursacht sind werden durch die abgenutzten Flanken der Schrägverzahnung erleichtert,
aber sie werden auch durch das Rotationspiel des Zahnrades verstärkt.
Das Zahnrad ist zum einen an die Zahnwelle montiert und zum anderen an der
Steuerkette. Die Schrägverzahnungen der Zahnwelle und im Zahnrad nutzen ab und
produzieren Spiel wie oben beschrieben. Auch die Steuerkette längt sich. Das
Spiel in der Schrägverzahnung und die Längung der Steuerkette kombinieren sich
zu einem Rotationsspiel des Zahnrades.
Wenn die Nockenwellenschläge die Zahnwelle axial bewegen, beeinflusst die
Zahnwelle auch das Zahnrad. Durch das Rotationsspiel des Zahnrades bewirken die
axialen Bewegungen der Zahnwelle eine Verdrehung des Zahnrades. Das wiederum
erlaubt der Zahnwelle größere axiale Bewegungen. Diese längeren Bewegungen
verstärken den Effekt der Nockenwellenschläge auf die Zahnwelle. Die axialen
Bewegungen der Zahnwelle werden stärker und beeinflussen stärker das Spiel von
mit ihr verbundenen Komponenten und bringen diese zum Rasseln.
Tellerfeder Rassellösung
In einem Versuch das Rasseln zu verringern,
hat BMW eine Tellerfeder eingeführt, die die Lagerung des Zahnrades verbessert
und dessen Rotationsspiel reduziert.
Die Tellerfeder ist ein Teil der Nockenwellen Zahnrad Mechanik. Es wurde
zusätzlich zur äußeren Anlaufscheibe des Zahnrades eine Tellerfeder (gewölbte
Platte) vor einer zusätzlichen Anlaufscheibe eingebaut. Wenn die äußere Anlaufscheibe
auf die Nockenwellenbolzen geschraubt wird, wird die Tellerfeder
zusammengedrückt. Das bewirkt, dass die Anlaufscheiben auf der Vorder- und
Rückseite des Zahnrades auf die Zahnradoberfläche gepresst werden. Das bewirkt
einen Drehwiderstand des Zahnrades und dämpft so die durch das Rotationsspiel verursachten
Bewegungen des Zahnrades. Dies soll die axiale Bewegung der Zahnwelle verhindern
und so das Rasseln verringern.
Die Kraft der Tellerfeder ist nicht zu hoch, wodurch es immer noch möglich ist,
dass die Anlaufscheiben-Oberflächen auf den Zahnradoberflächen entlang gleiten
können, während die Nockenwelle verstellt wird.
Tellerfeder Nachrüstung
Die vor März 95 gebauten E36 320i/325i/328i
und E34 520i/525i Fahrzeuge können die Tellerfeder nachträglich einbauen. Dazu
müssen die Nockenwellenbolzen durch längere Bolzen ersetzt werden und die
äußere Anlaufscheibe des Zahnrades wird durch eine Anlaufscheibe, Tellerfeder
und Anlaufscheibe ersetzt.
Die notwendigen Teile sind bei BMW erhältlich und in dieser Anleitung
aufgelistet.
Symptome
Rasseln des Vanos bei verschiedenen
Drehzahlen, oft 1800-2200 1/min. Das Rasseln kann auch im Leerlauf auftreten.
Reparatur
Anleitung
Folgend ist die Anleitung zum Einbau der
Tellerfeder Nachrüstung für das Einlass-Zahnrad bei Einfach-Vanos.
Die Anleitung ist für die vor März 95 gebauten E36 320i/325i/328i und E34
520i/525i Fahrzeuge.
Diese Reparatur sollte zusammen mit der Einfach-Vanos Dichtring Reparatur und
mit der Einfach-Vanos Rassel Reparatur durchgeführt werden.
Einfach-Vanos
Dichtring Anleitung, Einfach-Vanos
Rassel Anleitung
Reparatur Zeit: Mechaniker 5Std., Bastler +1Std.
Teile, Werkzeug
und Verbrauchsmaterial
Teile mit der Teilenummer Schreibweise
xx-xx-x-xxx-xxx sind BMW Teile und können vom BMW Händler bezogen werden.
Beisan Systems bietet keine der folgenden Teile an.
1x Erste äußere Anlaufscheibe (dünn, 2mm) (11-36-1-403-822) 25,70€/Stk,
1x Tellerfeder (11-36-1-403-550) 2,62€/Stk,
1x Zweite äußere Anlaufscheibe (dick, 4mm) (11-36-1-403-823) 9,25€/Stk,
3x Stiftschraube Einlasszahnrad (11-36-1-403-824) 2,26€/Stk,
3x Mutter Einlasszahnrad (07-11-9-900-910) 0,10€/Stk.
Anmerkung: Nicht die Muttern aufgeführt in der BMW Service Information kaufen. Diese
Mutter ersetzt die genannte Mutter durch eine, die nicht funktioniert. Diese
Mutter zieht die Tellerfeder zu fest und macht es so unmöglich die Steuerzeiten
wieder einzustellen. Die oben genannte Mutter ist aus dem BMW ETK und
funktioniert gut.
10mm Nuss 3/8", lange 10mm Nuss 3/8"
3/8“ Ratsche, 3/8“ Verlängerung (kurz)
3/8" Drehmomentratsche (10Nm – 22Nm)
Permanent Marker
Nicht abgebildet: kleiner Stofflappen
Reparatur
Die Reparatur wird durchgeführt, wenn die
Vanoseinheit vom Motor entfernt ist. Siehe Einfach-Vanos Anleitung, Einfach-Vanos
Anleitung
Die Einlassnockenwelle muss blockiert sein, wie in der Einfach-Vanos Anleitung
beschrieben.
Ausbau der
Zahnradkomponenten
Einen Lappen unter das Einlasszahnrad klemmen, damit keine Schraube/Mutter in die Ölwanne fallen kann.
Die 3 Muttern des Einlasszahnrades abschrauben (10mm Nuss 3/8” / 3/8” Ratsche
& Verlängerung).
Die äußere Anlaufscheibe des Einlasszahnrades abnehmen.
Die Zuordnung Einlasszahnrad zur Kette an der Oberseite markieren
(Permanentmerker).
Die Zuordnung Auslasszahnrad zur Kette an der Oberseite markieren
(Permanentmerker).
Das Einlasszahnrad und das Auslasszahnrad zusammen mit der Kette al seine Teil
abnehmen.
Nicht die Kette von den Zahnrädern nehmen. Die Zahnräder voneinander weg
halten, damit die Kette montiert bleibt.
Anmerkung: Die äußere Anlaufscheibe des Auslasszahnrades fehlt im Bild.
Die Zahnräder mit der Kette ablegen. Die Zahnräder voneinander weg legen, damit
die Kette montiert bleibt.
Einlass und Auslass nach entfernen der Zahnräder.
Die 3 Stiftschrauben für das Einlasszahnrad rausschrauben (lange 10mm Nuss 3/8”
/ 3/8” Ratsche).
Anmerkung: Die innere Anlaufscheibe und das Geberrad an der Nockenwelle
belassen.
Einbau der Zahnradkomponenten
Die 3 neuen Stiftschrauben für das Einlasszahnrad montieren (lange 10mm Nuss
3/8” / 3/8” Ratsche).
Fest ziehen, 22Nm (lange 10mm Nuss
3/8” / 3/8” Drehmomentratsche).
Anmerkung: Die Schrauben abwechselnd und gleichmäßig in mehreren Schritten
anziehen.
Anmerkung: In einem letzten Schritt prüfen, ob alle Schrauben fest angezogen
sind.
Anmerkung: Die innere Anlaufscheibe im Bild wurde entfernt und gereinigt. Das
ist nicht notwendig.
Das Einlass- und Auslasszahnrad zusammen mit der Kette auf die Nockenwellen
stecken.
Die Zahnräder voneinander weg halten, damit die Kette montiert bleibt.
Anmerkung: Die genaue Drehposition der Zahnräder ist nicht wichtig. Diese wird
bestimmt, wenn die Vanoseinheit eingebaut wird.
Die erste äußere Anlaufscheibe des Einlasszahnrades auf die Stiftschrauben
stecken (dünne Scheibe, 2mm).
Die neue Tellerfeder des Einlasszahnrades auf die Stiftschrauben stecken.
Die zweite äußere Anlaufscheibe des Einlasszahnrades auf die Stiftschrauben
stecken (dicke Scheibe, 4mm).
Die 3 neuen Mutter auf die Stiftschrauben des Einlasszahnrades schrauben (10mm Nuss
3/8” / 3/8” Ratsche & Verlängerung)
Fest ziehen, 10Nm (10mm Nuss 3/8“ / 3/8“ Drehmomentratsche & Verlängerung).
Anmerkung: Die Schrauben abwechselnd und gleichmäßig in mehreren Schritten
anziehen.
Anmerkung: In einem letzten Schritt prüfen, ob alle Schrauben fest angezogen
sind.
Den Lappen unter dem Einlasszahnrad entfernen.
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