DE102005053187A1 - Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellenstellvorrichtung, zur Einstellung eines Phasenwinkels, insbesondere einer Welle (10a; 10b), mit einer hydraulischen Stelleinheit (11a; 11b), die wenigstens ein hydraulisches Stellmittel (12a; 12b) aufweist, und mit einer Betätigungseinheit (13a; 13b) zur Betätigung des hydraulischen Stellmittels (12a; 12b). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Betätigungseinheit (13a; 13b) eine Bremseinheit (14a; 14b) zum Betätigen des hydraulischen Stellmittels (12a; 12b) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Nockenwellenstellvorrichtung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der DE 100 06 349 C2 ist eine gattungsgemäße Nockenwellenstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die zur Einstellung eines Phasenwinkels zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle vorgesehen ist. Die Nockenwellenstellvorrichtung umfasst eine hydraulische Stelleinheit mit einem von einem Steuerkolben gebildeten hydraulischen Stellmittel. Ferner umfasst die Nockenwellenstellvorrichtung eine von einem elektromagnetischen Aktuator gebildete Betätigungseinheit zur Betätigung des hydraulischen Stellmittels.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Stellvorrichtung bereitzustellen, die besonders Platz sparend ausgebildet werden kann. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
  • Die Erfindung geht aus von einer Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellenstellvorrichtung, zur Einstellung eines Phasenwinkels, insbesondere einer Welle, mit einer hydraulischen Stelleinheit, die we nigstens ein hydraulisches Stellmittel aufweist, und mit einer Betätigungseinheit zur Betätigung des hydraulischen Stellmittels.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Betätigungseinheit eine Bremseinheit zum Betätigen des hydraulischen Stellmittels aufweist. Mittels der Bremseinheit kann vorteilhaft eine passive Verstellung des hydraulischen Stellmittels erzielt werden, d.h. eine Verstellung unter Ausnutzung einer vorliegenden Kraft und/oder eines vorliegenden Moments, wie insbesondere bei einer Brennkraftmaschine eines Antriebsmoments zum Antrieb einer Nockenwelle bzw. einer Nockenwellenantriebsmoments, wodurch eine Stellvorrichtung realisiert werden kann, die einen besonders geringen eigenen Energiebedarf erfordert, zumindest weitgehend ohne eigene Aktuatoren und die besonders Platz sparend ausgeführt werden kann. Ferner kann eine besonders störunempfindliche Stellvorrichtung geschaffen und es kann eine vorteilhaft hohe Betätigungskraft mittels der Bremseinheit erzielt werden, so dass die Betätigungskraft für weitere Funktionen vorteilhaft genutzt werden kann, wie insbesondere vorteilhaft zur Betätigung eines Verriegelungsmittels einer Verriegelungseinheit, wodurch zusätzliche Bauteile, Bauraum, Montageaufwand und Kosten eingespart werden können. Mittels einer Verriegelungseinheit kann insbesondere eine ungewünschte Verstellung bei einer deaktivierten Regelung und/oder Steuerung sicher vermieden werden.
  • Als Bremseinheiten sind sämtliche, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Einheiten denkbar, über die eine vorteilhafte Abstützung zur Entnahme einer Stellenergie realisiert werden kann. Besonders vorteilhaft ist die Bremseinheit jedoch dazu vorgesehen, d.h. speziell ausgebildet und/oder ausgestaltet, zumindest einen Teil einer Bremskraft berührungslos zu erzeugen, wodurch ein besonders geringer Verschleiß und eine lange Lebensdauer realisierbar ist. Vorteilhaft eignen sich dabei insbesondere Hysteresebremsen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Betätigungseinheit eine Federeinheit zum Betätigen des hydraulischen Stellmittels aufweist, wodurch konstruktiv einfach eine einem Bremsmoment entgegenwirkende Betätigungskraft erreicht werden kann.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Betätigungseinheit eine Getriebeeinheit aufweist, wodurch eine von der Bremseinheit erzeugte Kraft vorteilhaft in ihrer Richtung umgeleitet werden kann und/oder auch vorteilhafte Übersetzungen eingestellt werden können, so dass insbesondere ein erforderliches Bremsmoment besonders klein gehalten werden kann und eine besonders präzise Positionierung des hydraulischen Stellmittels bei einer Steuerung und insbesondere bei einer Regelung realisiert werden kann.
  • Weist die Getriebeeinheit wenigstens eine Schraubeinheit auf, kann insbesondere konstruktiv einfach ein Bremsmoment in eine axiale Stellkraft übersetzt werden.
  • Sind die hydraulische Stelleinheit und die Getriebeeinheit und/oder die Verriegelungseinheit zumindest teilweise einstückig ausgeführt, können zusätzliche Bauteile, Bauraum, Gewicht, Montageaufwand und Kosten eingespart werden.
    •
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Nockenwellenstellvorrichtung im Schnitt in einer ersten Stellung,
  • 2 die Nockenwellenstellvorrichtung aus 1 in einer zweiten Stellung,
  • 3 einen vergrößerten Ausschnitt III aus 2,
  • 4 Einzelteile der Nockenwellenstellvorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
  • 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in 4,
  • 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 4 und
  • 7 eine schematische Darstellung einer alternativen Nockenwellenstellvorrichtung.
  • 1 zeigt eine Stellvorrichtung, und zwar eine Nockenwellenstellvorrichtung einer Brennkraftmaschine, zur Einstellung eines Phasenwinkels zwischen einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle und einer Nockenwelle 10a. Die Nockenwellenstellvorrichtung umfasst eine hydraulische Stelleinheit 11a mit einem Rotorgehäuse 20a, das drehfest mit einem Kettenrad 21a und zwei Deckeln 22a, 23a verbunden ist. Im eingebauten Zustand ist das Kettenrad 21a über eine nicht näher dargestellte Antriebskette mit der Kurbelwelle antriebstechnisch verbunden. In axialer Richtung zwischen den Deckeln 22a, 23a ist ein Statorgehäuse 24a angeordnet, relativ zu dem das Rotorgehäuse 20a hydraulisch in Umfangsrichtung zur Einstellung des Phasenwinkels antreibbar ist. Hierfür sind zwischen dem Statorgehäuse 24a und dem Rotorgehäuse 20a Druckräume ausgebildet, wobei ein Druck in den Druckräumen über ein von einem Regelkolben gebildetes hydraulisches Stellmittel 12a der hydraulischen Stelleinheit 11a im Betrieb geregelt werden kann.
  • Ferner umfasst die Stellvorrichtung eine Betätigungseinheit 13a zur Betätigung des hydraulischen Stellmittels 12a. Die Betätigungseinheit 13a weist eine Bremseinheit 14a und eine von einer vorgespannten Spiralfeder gebildete Federeinheit 15a zum Betätigen des hydraulischen Stellmittels 12a auf. Die regelbare Bremseinheit 14a wird im Wesentlichen von einer Hysteresebremse mit einem Stator 25a, einer im Stator 25a angeordneten Spule 26a, einem Rotor 27a, der einen hülsenförmigen Rotationskörper 28a aus einem Hysteresematerial aufweist und der eine Polstruktur 29a des Stators 25a berührlos umschließt, gebildet. Die Bremseinheit 14a ist dazu vorgesehen, ein Bremsmoment berührlos zwischen dem Rotationskörper 28a und der Polstruktur 29a zu erzeugen und damit eine Betätigungsenergie zur Betätigung des hydraulischen Stellmittels 12a von einem Nockenwellenantriebsmoment abzuzweigen.
  • Ferner umfasst der Rotor 27a eine Rotorwelle 30a, die im Statorgehäuse 24a drehbar gelagert ist und an deren zur Nockenwelle 10a weisenden Ende eine Außenverzahnung 31a angeordnet ist bzw. vier gleichmäßig über den Umfang verteilte, sich in radialer Richtung erstreckende Axialstege angeformt sind ( 1 bis 5).
  • Die Außenverzahnung 31a greift in eine entsprechende Innenverzahnung 32a eines Betätigungselements 33a, das ein Teil einer Getriebeeinheit 16a der Betätigungseinheit 13a bildet (3). Das Betätigungselement 33a ist mit seiner Innenverzahnung 32a drehfest und in axialer Richtung verschiebbar auf der Rotorwelle 30a bzw. auf der Außenverzahnung 31a gelagert. Das Betätigungselement 33a weist an seinem Außenumfang ein Außengewinde 34a auf, das in ein an das Statorgehäuse 24a angeformtes Innengewinde 35a greift (3, 4 und 6). Das Betätigungselement 33a und das Statorgehäuse 24a bilden damit eine Schraubeinheit 17a der Getriebeeinheit 16a.
  • Die vorgespannte Spiralfeder der Federeinheit 15a ist zwischen dem Rotor 27a und dem Statorgehäuse 24a eingespannt und wirkt mit ihrer Federkraft entgegen ein von der Bremseinheit 14a erzeugbares Bremsmoment. 1 zeigt die Nockenwellenstellvorrichtung in einem Regelbetrieb, und zwar in einer mittleren Regelstellung. Wird die Spule 26a der Bremseinheit 14a stärker bestromt, wird ein gegenüber der mittleren Regelstellung zugeordneten Bremsmoment größeres Bremsmoment erzeugt und das Betätigungselement 33a wird entgegen einer Federkraft der Federeinheit 15a weiter aus dem Statorgehäuse 24a in Richtung Bremseinheit 14a ausgeschraubt und das vom Regelkolben gebildete hydraulische Stellmittel 12a, das hydraulisch in Richtung des Betätigungselements 33a belastet und in axialer Richtung über ein im Betätigungselement 33a angeordnetes Axiallager 39a mit dem Betätigungselement 33a gekoppelt ist, wird in axialer Richtung zur Bremseinheit 14a verschoben. Mittels des Axiallagers 39a wird eine unerwünschte Drehmomentübertragung von dem Betätigungselement 33a auf das hydraulische Stellmittel 12a vermieden. Durch die Verschiebung des hydraulischen Stellmittels 12a wird das Druckniveau in den Druckräumen zwischen dem Statorgehäuse 24a und dem Rotorgehäuse 20a und damit der Phasenwinkel der Nockenwelle 10a in eine erste Richtung verstellt. Wird das Bremsmoment der Bremseinheit 14a reduziert, wird das Betätigungselement 33a, angetrieben durch die Federkraft der Federeinheit 15a, weiter in das Statorgehäuse 24a in Richtung der Nockenwelle 10a eingeschraubt und das vom Regelkolben gebildete hydraulische Stellmittel 12a wird in axialer Richtung zur Nockenwelle 10a verschoben. Durch die Verschiebung des hydraulischen Stellmittels 12a wird das Druckniveau in den Druckräumen zwischen dem Statorgehäuse 24a und dem Rotorgehäuse 20a und damit der Phasenwinkel der Nockenwelle 10a in eine der ersten entgegen gesetzte zweite Richtung verstellt.
  • Wird die Bremseinheit 14a abgeschaltet oder wird dessen Stromzufuhr, beispielsweise in einem Notfall wie bei einem Kabelbruch, unterbrochen, wird das Betätigungselement 33a, angetrieben durch die Betätigungseinheit 13a bzw. angetrieben durch die Federkraft der Federeinheit 15a der Betätigungseinheit 13a, bis zu einer der Nockenwelle 10a zugeordneten Endstellung eingedreht (2). Dabei kommt das hydraulische Stellmittel 12a mit einer an seinem der Nockenwelle 10a zugewandten Ende angeformten, von einem Konus gebildeten Schrägfläche 36a mit einem Verriegelungsmittel 19a einer Verriegelungseinheit 18a der Nockenwellenstellvorrichtung in Anlage und verschiebt dieses in radialer Richtung nach außen entgegen einer Federkraft einer Schraubendruckfeder 37a, und zwar bis das Verriegelungsmittel 19a in eine an den Deckel 22a angeformte Verriegelungskontur 38a eingreift und damit das Rotorgehäuse 20a und die Nockenwelle 10a drehfest verbindet.
  • Wird die Bremseinheit 14a aktiviert bzw. wird mittels eines Bremsmoments eine Betätigungsenergie von einem Nockenwellenantriebsmoment zur Betätigung bzw. zur Verstellung des hydraulischen Stellmittels 12a in Richtung Bremseinheit 14a abgezweigt, wird das Verriegelungsmittel 19a angetrieben durch die Schraubendruckfeder 37a radial nach innen verschoben und eine Verriegelung zwischen der Nockenwelle 10a und dem Rotorgehäuse 20a wird aufgehoben.
  • In 7 ist eine alternative Nockenwellenstellvorrichtung dargestellt. Bei den Ausführungsbeispielen sind in der Beschreibung im Wesentlichen gleiche Bauteile und Merkmale grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert, wobei zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele die Buchstaben „a" und „b" hinzugefügt sind. Ferner kann bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 6 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 6.
  • Die Nockenwellenstellvorrichtung weist eine Betätigungseinheit 13b mit einer Bremseinheit 14b auf, die an einem Stator 25b und an einem Rotor 27b angeordnete, zur Korrespondenz vorgesehene Reibbeläge 40b, 41b aufweist. Wird eine im Stator 25b angeordnete Spule 26b bestromt, wird der Rotor 27b in Richtung Stator 25b gezogen, so dass die Reibbeläge 40b, 41b mit einer ein gewünschtes Bremsmoment verursachenden Normalkraft in Anlage kommen.
    • 10
    Welle
    11
    Stelleinheit
    12
    Stellmittel
    13
    Betätigungseinheit
    14
    Bremseinheit
    15
    Federeinheit
    16
    Getriebeeinheit
    17
    Schraubeinheit
    18
    Verriegelungseinheit
    19
    Verriegelungsmittel
    20
    Rotorgehäuse
    21
    Kettenrad
    22
    Deckel
    23
    Deckel
    24
    Statorgehäuse
    25
    Stator
    26
    Spule
    27
    Rotor
    28
    Rotationskörper
    29
    Polstruktur
    30
    Rotorwelle
    31
    Außenverzahnung
    32
    Innenverzahnung
    33
    Betätigungselement
    34
    Außengewinde
    35
    Innengewinde
    36
    Schrägfläche
    37
    Schraubendruckfeder
    38
    Verriegelungskontur
    39
    Axiallager
    40
    Reibbelag
    41
    Reibbelag

Claims (9)

  1. Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Nockenwellenstellvorrichtung, zur Einstellung eines Phasenwinkels, insbesondere einer Welle (10a; 10b), mit einer hydraulischen Stelleinheit (11a; 11b), die wenigstens ein hydraulisches Stellmittel (12a; 12b) aufweist, und mit einer Betätigungseinheit (13a; 13b) zur Betätigung des hydraulischen Stellmittels (12a; 12b), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (13a; 13b) eine Bremseinheit (14a; 14b) zum Betätigen des hydraulischen Stellmittels (12a; 12b) aufweist.
  2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (14a) dazu vorgesehen ist, zumindest ein Teil einer Bremskraft berührungslos zu erzeugen.
  3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (13a; 13b) eine Federeinheit (15a; 15b) zum Betätigen des hydraulischen Stellmittels (12a; 12b) aufweist.
  4. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (13a; 13b) eine Getriebeeinheit (16a; 16b) aufweist.
  5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (16a; 16b) wenigstens eine Schraubeinheit (17a; 17b) aufweist.
  6. Stellvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (16a; 16b) und die hydraulische Stelleinheit (11a; 11b) zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind.
  7. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verriegelungseinheit (18a).
  8. Stellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (13a) dazu vorgesehen ist, wenigstens ein Verriegelungsmittel (19a) der Verriegelungseinheit (18a) zu betätigen.
  9. Stellvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinheit (18a) und die hydraulische Stelleinheit (11a) zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind.
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