6-Zylinder Einfach-Vanos Tellerfeder Anleitung

Die folgenden 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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