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Die
Erfindung betrifft einen Betätigungsaktuator
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
sind bereits Betätigungsaktuatoren
mit einer Statoreinheit zur Bereitstellung einer Betätigungskraft
und mit einer Kennlinienbeeinflussungseinheit, die zur Einstellung
einer Kraft-Weg-Kennlinie zumindest zwei in einer Wirkrichtung zueinander
bewegbare Flussleitelemente aufweist, bekannt.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig und
betriebssicher montierbaren Betätigungsaktuator
mit einer Kennlinienbeeinflussungseinheit bereitzustellen. Sie wird
gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und den unabhängigen
Nebenansprüchen.
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Die
Erfindung geht aus von einem Betätigungsaktuator
mit einer Statoreinheit zur Bereitstellung einer Betätigungskraft
und mit einer Kennlinienbeeinflussungseinheit, die zur Einstellung
einer Kraft-Weg-Kennlinie zumindest zwei in einer Wirkrichtung zueinander
bewegbare Flussleitelemente aufweist.
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Es
wird vorgeschlagen, dass wenigstens die zumindest zwei Flussleitelemente
getrennt von der Statoreinheit ausgeführt sind. Dadurch können die Flussleitelemente
zur Ausgleichung von Montagetoleranzen innerhalb eines Toleranzbereichs
relativ zu der Statoreinheit frei positioniert werden, wodurch auf
eine aufwendige Ausrichtung der Flussleitelemente in Bezug auf die
Statoreinheit verzichtet werden kann. Somit kann durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
ein kostengünstig
und betriebssicher montierbarer Betätigungsaktuator mit einer Kennlinienbeeinflussungseinheit
bereitgestellt werden. Für Toleranzen
bzw. Spaltmasse der Kennlinieneinheit können vorteilhaft geringe Werte
vorgesehen werden.
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Unter
einer „Statoreinheit” soll dabei
insbesondere eine Einheit aus fest miteinander verbundenen Elementen
verstanden werden, die zumindest ein Mittel zur Bereitstellung und/oder
Erzeugung der Betätigungskraft
aufweist. Unter „fest
miteinander verbunden” soll
in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die
Elemente bei einer Montage mittels form-, kraft- und/oder stoffschlüssiger Verfahren
unmittelbar fest miteinander verbunden werden, wie beispielsweise
durch Schrauben, Fügen
und/oder Schweißen.
Weiter soll unter einer „Kennlinienbeeinflussungseinheit” eine Einheit
verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine Abhängigkeit
der Betätigungskraft
von einem Betätigungsweg
an Anforderungen des Betätigungsaktuators
anzupassen. Die Flussleitelemente weisen dazu vorzugsweise zueinander
korrespondierende Geometrien auf, die dazu vorgesehen sind, mittels
eines angepassten Flusswiderstands die Betätigungskraft anzupassen. Unter
einer „Betätigungskraft” soll in diesem
Zusammenhang insbesondere eine kraftfeldabhängige, an einer Ankereinheit
angreifende Betätigungskraft
verstanden werden.
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Eine
Kennlinienbeeinflussungseinheit für ein magnetisches Kraftfeld
kann beispielsweise mittels zweier Flussleitelemente realisiert
werden, die zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren Material
ausgebildet sind und die zueinander korrespondierende Geometrien
aufweisen, die dazu vorgesehen sind, in Abhängigkeit von dem Betätigungsweg einen
sich nichtlinear veränderten
Luftzwischenspalt zwischen den Flussleitelementen einzustellen.
Die Geometrien der Flussleitelemente können dazu beispielsweise keilförmig oder
gestuft ausgebildet sein. Zur Einstellung der Kraft-Weg-Kennlinie
soll insbesondere zumindest eines der beiden Flussleitelemente eine
Geometrie aufweisen, deren Ausgestaltung in Bezug auf den Betätigungsweg
von einer lediglich senkrechten oder parallelen ebenen Erstreckung
abweicht. Durch entsprechend ausgestaltete Flussleitelemente ist
es beispielsweise möglich,
eine lineare Abhängigkeit
zwischen der kraftfeldabhängigen
Betätigungskraft
und dem Betätigungsweg
zwischen der Statoreinheit und der Ankereinheit bereitzustellen.
Grundsätzlich
können
aber auch andere Abhängigkeiten
eingestellt werden.
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Unter „getrennt” soll weiter
insbesondere verstanden werden, dass die Flussleitelemente entlang
zumindest einer Wirkrichtung wenigstens in Teilbereichen beweglich
und/oder zumindest frei positionierbar zu der Statoreinheit angeordnet
sind, d. h. das insbesondere auf eine feste Verbindung zwischen
der Statoreinheit und den Flussleitelementen verzichtet wird. Besonders
bevorzugt wird dabei auch auf eine bewegliche Verbindung zwischen
der Statoreinheit und den Flussleitelementen, wie beispielsweise
eine gelagerte Verbin dung, verzichtet. Außerdem soll unter „vorgesehen” insbesondere speziell
ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Statoreinheit zumindest ein Jochelement
aufweist, von dem die zumindest zwei Flussleitelemente in zumindest
einer weiteren Wirkrichtung wenigstens teilweise bewegungstechnisch
entkoppelt sind. Dadurch kann ein Betätigungsaktuator bereitgestellt
werden, der eine bewegungstechnisch von der Statoreinheit entkoppelte
Ankereinheit aufweist, wie beispielsweise eine drehbar angeordnete
Ankereinheit. Unter einem „Jochelement” soll dabei
insbesondere ein ortsfest zu dem Betätigungsmittel angeordnetes
Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, einen von der
Akuatoreinheit erzeugten Kraftfeldfluss zu leiten, wie beispielsweise
ein aus einem magnetisierbaren Material ausgebildetes Joch zur Leitung
eines von dem Betätigungsmittel
bereitgestellten magnetischen Kraftfeldflusses.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kennlinienbeeinflussungseinheit
ein unmittelbar zwischen den Flussleitelementen wirkendes Führungsmittel
auf, das dazu vorgesehen ist, die zwei Flussleitelemente für zumindest
eine Wirkrichtung definiert zueinander auszurichten. Dadurch kann
eine vorteilhafte Orientierung der Flussleitelemente zueinander erreicht
werden. Das Führungsmittel
kann dabei beispielsweise mittels eines Lagermittels und/oder verformbaren
Verbindungsmittels, wie insbesondere eines elastisch verformbaren
Verbindungsmittels, ausgeführt
werden. Unter „unmittelbar” soll in
diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Führungsmittel
baulich mit beiden Flussleitelementen gekoppelt ist.
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Besonders
bevorzugt ist das Führungsmittel für eine radiale
Ausrichtung vorgesehen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte
Anordnung der beiden Flussleitelemente zueinander erreicht werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Kennlinienbeeinflussungseinheit ein
Koppelmittel aufweist, das dazu vorgesehen ist, die zumindest zwei
Flussleitelemente für
zumindest eine Wirkrichtung fest miteinander zu verbinden. Dadurch
kann eine definierte Anordnung der beiden Flussleitelemente weiter
verbessert werden.
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Vorteilhafterweise
ist das Koppelmittel dazu vorgesehen, die zumindest zwei Flussleitelemente drehfest
miteinander zu koppeln. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte
Anbindung der Kennlinienbeeinflussungseinheit an die Ankereinheit
realisiert werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass der Betätigungsaktuator
eine beweglich zu der Statoreinheit angeordnete Ankereinheit umfasst,
die zumindest zwei getrennt voneinander ausgeführte, jeweils mit zumindest
einem der Flussleitelemente gekoppelte Ankerelemente aufweist. Dadurch
kann eine besonders vorteilhaft wirkende Ankereinheit zur Betätigung von
zumindest einer Schalteinheit realisiert werden. Unter einem „Ankerelement” soll dabei
insbesondere ein Bauteil verstanden werden, das zur Übertragung, insbesondere
zur mechanischen Übertragung,
der Betätigungskraft
vorgesehen ist, wie insbesondere ein wirkungsmäßig mit der zumindest einen
Schalteinheit verbundenes Bauteil und/oder ein Bauteil, das zur
Wechselwirkung mit dem Kraftfeld des Betätigungsmittels vorgesehen ist.
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Besonders
bevorzugt sind die zumindest zwei Ankerelemente jeweils einstückig mit
zumindest einem der Flussleitelemente ausgeführt. Dadurch kann der Betätigungsaktuator
besonders einfach und kompakt ausgeführt werden. In diesen Zusammenhang
sollen in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung die Begriffe „Ankerelement” und „Flussleitelement” zumindest
teilweise als äquivalent
betrachtet werden, wodurch insbesondere eine Beschreibung der Ankerelemente
zumindest teilweise analog auf die Flussleitelemente übertragen
werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Ankerelemente für
unterschiedliche Betätigungswege
vorgesehen sind. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung
der Ankerelemente für
unterschiedliche Schalteinheiten realisiert werden.
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Besonders
vorteilhaft sind die Ankerelemente für unterschiedliche Betätigungsrichtungen
vorgesehen. Dadurch kann eine einfache Auswahl der zu schaltenden
Schalteinheit realisiert werden. Insbesondere kann dadurch eine
wahlweise Schaltung von zwei Schalteinheiten realisiert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn eines der Ankerelemente zur Betätigung einer
reibschlüssig
wirkenden Schalteinheit und eines der Ankerelemente zur Betätigung einer
formschlüssig
wirkenden Schalteinheit vorgesehen ist. Dadurch kann ein insbesondere
für Kraftfahrzeuge
vorteilhaft einsetzbarer Betätigungsaktuator
bereitgestellt werden. Unter „zur
Betätigung
einer reibschlüssig
wirkenden Schalteinheit vorgesehen” soll dabei insbesondere verstanden
werden, dass das Ankerelement zur definierten Einstellung eines
Reibmoments der Reibschlussschalteinheit vorgesehen ist, wozu das
Ankerelement insbesondere mit einer fein einstellbaren Betätigungskraft
beaufschlagbar sein muss. Ein Betätigungsweg des Ankerelements
kann dabei klein sein und beispielsweise lediglich ei nige zehntel
Millimeter betragen. Unter „zur
Betätigung
einer formschlüssig
wirkenden Schalteinheit vorgesehen” soll dabei insbesondere verstanden
werden, dass das Ankerelement einen großen Betätigungsweg aufweist, der zumindest
einer Erstreckung von Formschlusseingriffselementen entspricht,
wie beispielsweise ein Betätigungsweg
von zumindest einem oder mehreren Millimetern.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass der Betätigungsaktuator
ein Federmittel umfasst, das dazu vorgesehen ist, zumindest eines
der Ankerelemente in eine Grundstellung zu schalten. Dadurch kann
eine betriebssichere Schaltung in die Grundstellung realisiert werden,
wodurch ein definierter Notlauf für eine mittels des Betätigungsaktuators
schaltbare Schalteinheit sichergestellt werden kann.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass zumindest die Ankereinheit und die Kennlinienbeeinflussungseinheit
zur Vormontage als ein Montagemodul vorgesehen sind. Dadurch kann
eine besonders einfache und kostengünstige Montage mit einer großen Montagetoleranz
zwischen dem Montagemodul und der Statoreinheit erreicht werden,
da eine Ausrichtung von toleranzkritischen Bauteilen, wie insbesondere
der Kennlinienbeeinflussungseinheit, bei der Vormontage des Montagemoduls
erfolgt. Unter einem „Vormontagemodul” soll insbesondere
eine Einheit aus zumindest zwei Bauteilen verstanden werden, die
in einem gesonderten Montageschritt miteinander verbunden werden,
um anschließend
in einem einzelnen Montageschritt gemeinsam in einem weiteren Montageschritt
montiert zu werden. Vorteilhafterweise ist das Federmittel ebenfalls
mit der Ankereinheit gekoppelt und für das Vormontagemodul vorgesehen.
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Außerdem wird
weiter eine Stellvorrichtung mit einer ersten Schalteinheit zur
Herstellung einer ersten Wirkverbindung, mit einer zweiten Schalteinheit
zur Herstellung einer zweiten Wirkverbindung und mit einem erfindungsgemäßen Betätigungsaktuator
zur Betätigung
der zumindest zwei Schalteinheiten vorgeschlagen. Dadurch kann eine
besonders vorteilhafte Einbindung des Betätigungsaktuators erreicht werden.
Unter einer „ersten
und einer zweiten Schalteinheit” sollen
dabei insbesondere zwei wirkungsmäßig und/oder betätigungstechnisch
unterscheidbare Einheiten verstanden werden, die dazu vorgesehen
sind, in Abhängigkeit
von einer Betätigung
mittels des Betätigungsaktuators
eine wirktechnische Verbindung herzustellen, wie beispielsweise eine
reib- oder formschlüssige
Verbindung.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Die Zeichnungen, 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.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisiert
einen Betätigungsaktuator
mit zwei getrennt von einer Statoreinheit ausgeführten Flussleitelementen,
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2 eine
Stellvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Betätigungsaktuator,
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3 den
Betätigungsaktuator
aus 2 in einer vergrößerten Darstellung,
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4 eine
Ankereinheit des Betätigungsaktuators
aus 2 in einer ersten perspektivischen Darstellung
und
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5 die
Ankereinheit in einer zweiten perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt
schematisiert einen erfindungsgemäßen Betätigungsaktuator mit einer Schalteinheit 20a.
Die Schalteinheit 20a ist als eine von dem Betätigungsaktuator
betätigte,
reibschlüssig
schaltende Schalteinheit ausgebildet. Zur Schaltung der Schalteinheit 20a weist
der Betätigungsaktuator
eine Statoreinheit 10a mit einem Betätigungsmittel 25a zur Breitstellung
einer Betätigungskraft
auf. Das Betätigungsmittel 25a umfasst
zur Erzeugung der Betätigungskraft
eine Spule 26a, mittels der ein magnetisches Kraftfeld
erzeugbar ist. Weiter weist die Statoreinheit 10a ein Jochelement 14a auf,
das aus einem magnetisierbaren Material ausgebildet ist. Das Jochelement 14a ist
einstückig
mit einem Kern der Spule 26a ausgebildet. Mittels des Jochelements 14a wird das
von der Spule erzeugbare magnetische Kraftfeld in Richtung einer
Ankereinheit 17a des Betätigungsaktuators geleitet,
an der das Kraftfeld angreift.
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Die
Ankereinheit 17a ist drehbar um eine Hauptdrehachse 27a gelagert.
Die Statoreinheit 10a ist ortsfest angeordnet. Die Statoreinheit 10a weist Stirnfläche 28a auf,
die im Wesentlichen senkrecht zu einer Betätigungsrichtung der Schalteinheit 20a verläuft. Die
Betätigungsrichtung
verläuft
parallel zu der Hauptdrehachse 27a. In Bezug auf die Hauptdrehachse 27a verläuft die
Stirnfläche 28a der
Statoreinheit 10a in radialer Richtung. Die Stirnfläche 28a ist
teilweise mittels des Jochelements 14a ausgebildet.
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Die
Ankereinheit 17a, die zur Betätigung der Schalteinheit 20a vorgesehen
ist, weist ein Ankerelement 18a auf. Das Ankerelement 18a weist
einen nicht näher
dargestellten Per manentmagneten auf, der für eine Wechselwirkung mit dem
Betätigungsmittel 25a vorgesehen
ist. Mittels des Betätigungsmittels 25a kann
das Ankerelement 18a insbesondere mit einer in Richtung
der Statoreinheit 10a wirkenden Betätigungskraft beaufschlagt werden.
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Zur
Einstellung einer Kraft-Weg-Kennlinie weist der Betätigungsaktuator
eine Kennlinienbeeinflussungseinheit 11a auf. Die Kennliniebeeinflussungseinheit 11a weist
zwei Flussleitelemente 12a, 13a auf, die getrennt
von der Statoreinheit 10a und dem Jochelement 14a ausgeführt, und
magnetisch in Reihe geschaltet sind. Die Kennlinienbeeinflussungseinheit 11a ist
unmittelbar benachbart zu der Statoreinheit 10a angeordnet.
Die Flussleitelemente 12a, 13a und die Statoreinheit 10a sind
lagerfrei zueinander angeordnet, d. h. auf eine direkte Lagerung der
Kennlinienbeeinflussungseinheit 11a an der Statoreinheit 10a wird
verzichtet. Die einander zugewanden Flächen eines der Flussleitelemente 12a, 13a und
der Statoreinheit 10a sind plan und senkrecht zur Rotationsachse
ausgebildet. Somit ist ein radialer Versatzausgleich zwischen den
Flussleitelementen (12a, 13a) und der Statoreinheit 10a möglich.
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Die
Flussleitelemente 12a, 13a sind beweglich und
frei positionierbar zu der Statoreinheit 10a angeordnet.
Entlang einer axialen Wirkrichtung, die parallel zu der Betätigungsrichtung
der Schalteinheit 20a verläuft, sind die beiden Flussleitelemente 12a, 13a zueinander
verschiebbar. Zur gegenseitigen Ausrichtung der Flussleitelemente 12a, 13a weist
die Kennlinienbeeinflussungseinheit 11a ein Führungsmittel 15a auf,
das die beiden Flussleitelemente 12a, 13a für eine radiale
Wirkrichtung definiert zueinander ausrichtet. Mittels des Führungsmittels 15a sind
die beiden Flussleitelemente 12a, 13a entlang
der radialen Wirkrichtung positioniert. Insbesondere sind sie mittels
des Führungsmittels 15a in
Bezug auf die Hauptdrehachse 27a koaxial zueinander ausgerichtet.
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Ein
Führungsmittel 15a ist
mittels eines formschlüssigen
Eingriffs der beiden Flussleitelemente 12a, 13a ineinander
ausgebildet. Das Flussleitelement 12a weist eine doppelringförmige Grundstruktur mit
einem Innenring 29a und einem Außenring 30a auf. Das
Flussleitelement 13a weist eine ringförmige Grundstruktur auf. In
einem axialen Teilbereich ist das Flussleitelement 13a radial
zwischen dem Innenring 29a und dem Außenring 30a des Flussleitelements 13a angeordnet.
Das Führungsmittel 15a ist mittels
einer Gleitlagerung zwischen den beiden Flussleitelementen 12a, 13a ausgebildet.
Das Flussleitelement 12a ist zweiteilig ausgeführt. Grundsätzlich können der
Innenring 29a und der Außenring 30a aber auch
fest miteinander verbunden bzw. einstückig ausgeführt werden.
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Das
Ankerelement 18a ist einstückig mit dem Flussleitelement 13a ausgeführt, wodurch
das Flussleitelement 13a und das Ankerelement 18a miteinander
gekoppelt sind. Zur Ausbildung des Flussleitelements 13a weist
das Ankerelement 18a in einem zu dem Flussleitelement 12a korrespondierenden
Teilbereich eine stufenförmige
Geometriestruktur auf, mittels der die Kraft-Weg-Kennlinie eingestellt
wird. Die Betätigungskraft
ist dabei in Abhängigkeit
von einer relativen Position des einstückig mit dem Flussleitelement 13a ausgeführten Ankerelements 18a und
dem Flussleitelement 12a definiert.
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Zur
Betätigung
der Schalteinheit 20a greift das Ankerelement 18a durch
das doppelringförmige Flussleitelement 12a hindurch.
Das Ankerelement 18a weist eine der Statoreinheit zugewandte
Stirnfläche 31a auf,
die mittels einer Reibscheibe 32a ausgebildet ist. Die
Stirnfläche 28a der
Statoreinheit 10a, die der Stirnfläche 31a der Ankereinheit 17a zugewandt
ist, ist teilweise mittels einer Reibscheibe 33a ausgebildet,
die für
einen reibschlüssigen
Kontakt mit der Reibscheibe 32a vorgesehen ist. Mittels
der beiden Reibscheiben 32a, 33a ist die Schalteinheit 20a ausgebildet.
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Bei
einer Bestromung der Spule 26a des Betätigungsmittels 25a greift
die dadurch bereitgestellte Betätigungskraft
zumindest an dem Ankerelement 18a an, wodurch das Ankerelement 18a in
Abhängigkeit
von einer Stromrichtung mit einer anziehenden oder einer abstoßenden Betätigungskraft
beaufschlagt wird. Die Spule 26a ist dabei insbesondere für eine Bestromung
vorgesehen, bei der die Betätigungskraft
zwischen der Statoreinheit 10a und der Ankereinheit 17a anziehend
wirkt, wodurch die Schalteinheit 20a betätigt wird.
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In
den 2 bis 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele
ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels
in den 1 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen
des Ausführungsbeispiels
in den 2 bis 5 ersetzt. Die nachfolgende
Beschreibung beschränkt
sich im Wesentlichen auf Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen.
Bezüglich
gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen kann auf die
Beschreibung und/oder die Zeichnungen des Ausführungsbeispiels in der 1 verwiesen
werden.
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2 zeigt
eine Stellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Welle 34b mit
einem erfindungsgemäßen Betätigungsaktuator 24b.
Die Stellvorrichtung umfasst ein als Drei-Wellen-Minus-Summiergetriebe
ausgebildetes Stellgetriebe 35b zur Verstellung der Phasenlage,
eine erste Schalteinheit 20b zur Einstellung der Phasenlage, eine
zweite Schalteinheit 21b zur Beibehaltung einer Phasenlage
und den Betätigungsaktuator 24b zur Betätigung der
beiden Schalteinheiten 20b, 21b. Die Stellvorrichtung
ist als eine Kraftfahrzeugstellvorrichtung ausgebildet. Sie ist
zur Verstellung einer als Nockenwelle ausgebildeten Welle einer
Brennkraftmaschine vorgesehen.
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Das
Stellgetriebe 35b weist ein Eingangselement 36b,
ein Ausgangselement 37b und ein Stellelement 38b auf.
Das Stellgetriebe 35b ist mittels eines Planetenradgetriebes
ausgebildet. Ein Planetenradträger
des Stellgetriebes 35b, mittels dem das Eingangselement
ausgebildet ist, ist als ein Kettenrad ausgebildet. Ein Hohlrad
des Stellgetriebes 35b, mittels dem das Ausgangselement 37b ausgebildet ist,
ist drehfest mit der Welle 34b verbunden. Mittels eines
Sonnenrads des Stellgetriebes 35b ist das Stellelement 38b zur
Einstellung der Phasenlage ausgebildet.
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Die
erste Schalteinheit 20b ist als eine Reibschlusseinheit
ausgebildet. Sie ist wirkungsmäßig mit dem
Stellelement 38b des Stellgetriebes 35b verbunden.
Zur Verstellung in eine erste Schaltrichtung wird für die Schalteinheit 20b ein
geringes Reibmoment eingestellt, wodurch sich für das Stellelement 38b des
Stellgetriebes 35b aufgrund von Schleppmomenten eine Drehzahl
einstellt, die größer ist
als eine Drehzahl des Eingangselements 36b. Dadurch wird eine
Drehzahl des Ausgangselements 37b kleiner als die Drehzahl
des Eingangselements 36b, wodurch die Phasenlage nach spät verstellt
wird. Zur Verstellung in eine zweite Schaltrichtung wird für die Schalteinheit 20b ein
großes
Reibmoment eingestellt, wodurch sich für das Stellelement 38b eine
Drehzahl einstellt, die kleiner ist als eine Drehzahl des Eingangselements 36b.
Dadurch wird eine Drehzahl des Ausgangselements 37b größer als
die Drehzahl des Eingangselements 36b, wodurch die Phasenlage nach
früh verstellt
wird. Zur Beibehaltung der Phasenlage wird für die Schalteinheit 20b ein
mittleres Bremsmoment eingestellt, wodurch das Eingangselement 36b und
das Stellelement 38b die gleiche Drehzahl aufweisen und
die Phasenlage somit konstant bleibt.
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Alternativ
kann die Phasenlage mittels der Schalteinheit 21b beibehalten
werden. Die zweite Schalteinheit 21b ist als eine formschlüssig wirkende Schalteinheit
ausgebildet. Sie ist wirkungsmäßig zwischen
dem Stellelement 38b und dem Eingangselement 36b angeordnet.
Mittels der zweiten Schalteinheit 21b kann das Stellelement 38b formschlüssig und
somit drehfest mit dem Eingangselement 36b verbunden werden.
Das Stellgetriebe 35b ist dadurch verblockt, wodurch das
Eingangselement 36b und das Ausgangselement 37b stets
die gleiche Drehzahl aufweisen. Die Phasenlage wird somit bei geschalteter
zweiter Schalteinheit 21b beibehalten.
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Zur
Schaltung der beiden Schalteinheiten 20b, 21b weist
die Stellvorrichtung den Betätigungsaktuator 24b auf.
Der Betätigungsaktuator 24b umfasst
eine ortsfest angeordnete Statoreinheit 10b und eine bewegbar
zu der Statoreinheit 10b angeordnete Ankereinheit 17b.
Die Statoreinheit 10b ist fest mit einem Gehäuse zur
Abdeckung von Anbauteilen der Brennkraftmaschine verbunden. Die
Ankereinheit 17b ist an das Stellelement 38b des
Stellgetriebes 35b angebunden. Das Stellgetriebe 35b ist
gegen einen Motorblock der Brennkraftmaschine gelagert.
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Die
Statoreinheit 10b weist ein Betätigungsmittel 25b zur
Breitstellung einer Betätigungskraft auf.
Das Betätigungsmittel 25b umfasst
zur Erzeugung der Betätigungskraft
zumindest eine Spule 26b, mittels der ein magnetisches
Kraftfeld erzeugbar ist. Weiter weist die Statoreinheit 10b ein
Jochelement 14b auf, das aus einem magnetisierbaren Material ausgebildet
ist. Das Jochelement 14b ist einstückig mit einem Kern der Spule 26b ausgebildet.
Mittels des Jochelements 14b wird das von dem Betätigungsmittel 25b erzeugbare
Kraftfeld in Richtung der Ankereinheit 17b geleitet.
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Die
Statoreinheit 10b weist eine mittels des Jochselements 14b ausgebildete
Stirnfläche 28b auf, die
im Wesentlichen senkrecht zu Betätigungsrichtungen
der Schalteinheiten 20b, 21b verläuft. Die
Betätigungsrichtungen
verlaufen parallel zu einer Hauptdrehachse 27b, die einer
Hauptdrehachse des Stellgetriebes 35b bzw. der Stellvorrichtung
entspricht. In Bezug auf die Hauptdrehachse 27b verläuft die
Stirnfläche 28b der
Statoreinheit 10b in radialer Richtung.
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Zur
Einstellung einer Kraft-Weg-Kennlinie weist der Betätigungsaktuator 24b eine
Kennlinienbeeinflussungseinheit 11b auf. Die Kennliniebeeinflussungseinheit 11b weist
zwei Flussleitelemente 12b, 13b auf, die getrennt
von der Statoreinheit 10b und dem Jochelement 14b ausgeführt, und
teilweise magnetisch in Reihe geschaltet sind (vgl. 3).
Die Kennlinienbeeinflussungseinheit 11b ist unmittelbar benachbart
zu der Statoreinheit 10b angeordnet. Die Flussleitelemente 12b, 13b und
die Statoreinheit 10b sind lagerfrei zueinander angeordnet,
d. h. auf eine direkte Lagerung der Kennlinienbeeinflussungseinheit 11b an
der Statoreinheit 10b wird verzichtet. Die einander zugewanden
Flächen
eines der Flussleitelemente 12b, 13b und der Statoreinheit 10b sind
plan und senkrecht zur Rotationsachse ausgebildet. Somit ist ein
radialer Versatzausgleich zwischen den Flussleitelementen (12b, 13b)
und der Statoreinheit 10b möglich.
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Die
Flussleitelemente 12b, 13b sind beweglich und
frei positionierbar zu der Statoreinheit 10b angeordnet.
Entlang einer axialen Wirkrichtung, die parallel zu der Hauptdrehachse 27b verläuft, sind
die beiden Flussleitelemente 12b, 13b zueinander
verschiebbar angeordnet. Zur gegenseitigen Ausrichtung der Flussleitelemente 12b, 13b weist
die Kennlinienbeeinflussungseinheit 11b ein Führungsmittel 15b auf,
das als Federmittel 22b ausgeführt ist, und die beiden Flussleitelemente 12b, 13b für eine weitere,
radiale Wirkrichtung definiert zueinander ausrichtet. Mittels des
Führungsmittels 15b sind
die beiden gegeneinander verschiebbaren Flussleitelemente 12b, 13b radial
zueinander positioniert und insbesondere koaxial zueinander ausgerichtet.
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Weiter
weist die Kennlinienbeeinflussungseinheit 11b ein Koppelmittel 16b auf,
mittels der die beiden Flussleitelemente 12b, 13b für eine in
Umfangsrichtung verlaufende Wirkrichtung fest miteinander verbunden
sind. Das Koppelmittel 16b verbindet die beiden Flussleitelemente 12b, 13b drehfest miteinander.
Entlang der axialen Wirkrichtung erlaubt das Koppelmittel 16b eine
axiale Verschiebung der beiden Flussleitelemente 12b, 13b relativ
zueinander.
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Die
Ankereinheit 17b, die zur Betätigung der Schalteinheiten 20b, 21b vorgesehen
ist, weist zwei getrennt ausgeführte
Ankerelemente 18b, 19b auf. Jedes der Ankerelemente 18b, 19b ist
einstückig
mit einem der beiden Flussleitelemente 12b, 13b ausgeführt, wodurch
jeweils eines der Flussleitelemente 12b, 13b und
eines der Ankerelemente 18b, 19b miteinander gekoppelt
sind. Zur Ausbildung der Flussleitelemente 12b, 13b weisen
die Ankerelemente 18b, 19b in zueinander korrespondierenden
Teilbereichen Geometriestrukturen auf, mittels denen die Kraft-Weg-Kennlinie
eingestellt wird. Die beiden Ankerelemente 18b, 19b sind
zur Ausbildung der Flussleitelemente 12b, 13b keilförmig ausgebildet.
Die Betätigungskraft
ist dadurch in Abhängigkeit
von einer relativen Position der beiden Ankerelemente 18b, 19b zueinander
definiert.
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Das
Ankerelement 19b ist im Wesentlichen für die Schalteinheit 20b vorgesehen.
Da die reibschlüssig
wirkende Schalteinheit 20b einen verhältnismäßig geringen Betätigungsweg
aufweist, ist das Ankerelement 19b, mittels dem die erste
Schalteinheit betätigt
wird, ebenfalls nur für
einen geringen Betätigungsweg
vorgesehen. Das Ankerelement 19b ist einstückig mit
dem unmittelbar benachbart zu dem Jochelement 14b angeordneten
Flussleitelement 12b ausgeführt.
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Das
Ankerelement 18b ist im Wesentlichen für die Schalteinheit 21b vorgesehen.
Da die als formschlüssig
wirkende Schalteinheit 21b einen verhältnismäßig großen Betätigungs weg aufweist, ist das
Ankerelement 18b, mittels dem die Schalteinheit 21b betätigt wird,
für einen
großen
Betätigungsweg vorgesehen.
Zur Bereitstellung der unterschiedlichen Betätigungswege sind die beiden
Ankerelemente 18b, 19b teilweise voneinander entkoppelt.
Zur teilweisen Entkopplung sind die Ankerelemente 18b, 19b entsprechend
der Anordnung der Schalteinheiten 20b, 21b für entgegengesetzt
orientierte Betätigungsrichtungen,
d. h. Richtungen zum Schließen der
entsprechenden Schalteinheit 20b, 21b, vorgesehen.
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Das
Führungsmittel 15b und
das Koppelmittel 16b sind teilweise mittels eines formschlüssigen Eingriffs
der beiden Ankerelemente 18b, 19b ineinander ausgebildet.
Das Ankerelement 19b weist eine doppelringförmige Grundstruktur
mit einem Innenring 29b und einem Außenring 30b auf (vgl. 4).
Mittels dreier Stege sind der Außenring 30b und der
Innenring 29b fest miteinander verbunden. Außerdem verbinden
die Stege das Ankerelement 19b fest mit einem Anbindungsmittel 39b,
das zur drehfesten Anbindung des Ankerelements 19b an das
Stellelement 38b des Stellgetriebes 35b vorgesehen
ist.
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Insbesondere
der Außenring 30b des
Ankerelements 19b bildet eine für die Schalteinheit 20b vorgesehen
Stirnfläche 31b aus.
Die Stirnseite des Ankerelements 31b ist als eine Reibscheibe 32b ausgebildet,
die in Verbindung mit einer Reibscheibe 32b der Statoreinheit 10b zur Übertragung
eines Reibmoments vorgesehen ist. Mittels des Ankerelements 19b und
der Statoreinheit 10b ist die Schalteinheit 20b ausgebildet.
Zur Einstellung der Phasenlage ist das Ankerelement 19b über das
Anbindungsmittel 39b drehfest mit dem Stellelement 38b des
Stellgetriebes 35b verbunden. Das Anbindungselement 39b definiert
eine radiale Position des Ankerelements 19b in Bezug auf
das Stellelement 38b des Stellgetriebes 25b, zu
dem die Statoreinheit 10b bei einer Montage toleranzbehaftet
angeordnet wird. Über
das Anbindungselement 39b ist das Ankerelement 19b um
den auf die Schalteinheit 20b angepassten Betätigungsweg
verschiebbar.
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Auf
einer dem Ankerelement 19b abgewandten Seite weist das
Ankerelement 18b eine Verzahnung 40b für die Schalteinheit 21b auf.
Die Verzahnung 40b ist für einen formschlüssigen Eingriff
in eine an dem Eingangselement 36b angeordnete Verzahnung 41b vorgesehen.
Durch ein Verschieben des Ankerelements 18b in eine von
der Statoreinheit 10b abgewandte Betätigungsrichtung werden die
beiden Verzahnungen 40b, 41b miteinander in einen
formschlüssigen
Eingriff gebracht. Das Ankerelement 18b ist dabei für zumindest
einen Teil des Betätigungswegs,
der zum Schließen
der Schalteinheit 21b vorgesehen ist, bewegungstechnisch
von dem Ankerelement 19b entkoppelt.
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Das
Ankerelement 18b weist eine ringförmige Grundstruktur auf. Ein
Teil des Ankerelements 18b ist radial zwischen dem Innenring 29b und
dem Außenring 30b des
Ankerelements 19b angeordnet. Mittels dem zwischen dem
Innenring 29b und dem Außenring 30b angeordneten
Teil sind die Ankerelemente 18b, 19b axial verschiebbar
relativ zueinander ausgerichtet. Ein weiterer Teil des Ankerelements 18b ist
für eine
formschlüssige
Verbindung mit dem Innenring 29b und dem Außenring 30b vorgesehen. In
diesem Teil weist das Ankerelement 18b eine radiale Erstreckung
auf, die in axialer Richtung überlappend
mit dem Ankerelement 19b ausgeführt ist. Für eine axiale Bewegung des
Ankerelements 18b in Richtung des Ankerelements 19b sind
die beiden Ankerelemente 18b, 19b für einen
Teilbereich der Bewegung in Richtung des Ankerelements 19b formschlüssig miteinander
verbunden.
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Durch
ein Verschieben des Ankerelements 18b in eine der Statoreinheit 10b zugewandte
Betätigungsrichtung
wird das Ankerelement 18b in formschlüssigen Kontakt mit dem Ankerelement 19b gebracht.
Die mittels des Betätigungsmittels 25b bereitgestellte
Betätigungskraft,
die im Wesentlichen an dem Ankerelement 18b angreift, wird
dadurch auf das Ankerelement 19b übertragen. Mittels der Betätigungskraft
kann somit das zwischen dem Ankerelement 19b und der Statoreinheit 10b wirkende
Reibmoment eingestellt werden.
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Bei
einer Bestromung des Betätigungsmittels 25b greift
die Betätigungskraft
zumindest an dem Ankerelement 18b an, wodurch das Ankerelement 18b in
Abhängigkeit
von einer Stromrichtung mit einer anziehenden oder eine abstoßenden Betätigungskraft
beaufschlagt wird. Das Betätigungsmittel 25b ist
dabei insbesondere für
eine Bestromung vorgesehen, bei der die auf das Ankerelement 18b wirkende
Betätigungskraft
in Richtung der Statoreinheit 10b, d. h. anziehend wirkt.
Das Ankerelement 19b ist im Wesentlichen dazu vorgesehen,
das Kraftfeld des Betätigungsmittels 25b von
dem Jochelement 14b an das Ankerelement 18b zu
leiten. Analog zu dem Ankerelement 19b kann die von dem
Betätigungsmittel 25b bereitgestellte
Betätigungskraft
auch auf das Ankerelement 19b wirken.
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Zur
Verschiebung des Ankerelements 19b in die von der Statoreinheit 10b abgewandte
Betätigungsrichtung
weist der Betätigungsaktuator 24b ein Federmittel 22b auf.
Mittels des Federmittels 22b wird der Betätigungsaktuator 24b in
einem unbestromten Zustand in eine Grundstellung geschaltet. In
der Grundstellung ist die formschlüssig schaltende Schalteinheit 21b geschlossen.
Das Federmittel 22b wirkt somit entgegengesetzt zu dem
Betätigungsmittel 25b.
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Das
Federmittel 22b ist aus Blattfederelementen gebildet, die
im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufen. Die drei Blattfederelemente
sind mit einem ersten Ende fest mit dem Anbindungsmittel 39b verbunden.
Mit einem zweiten Ende sind die Blattfederelemente fest mit dem
Ankerelement 18b verbunden (vgl. 5). Da das
Anbindungsmittel Bestandteil des Ankerelements 19b ist,
ist das Ankerelement 18b mittels des Federmittels 22b definiert
zu dem Ankerelement 19b ausgerichtet, wodurch das Federmittel 22b ebenfalls
zu einer Führung
der beiden Ankerelemente 18b, 19b zueinander vorgesehen
ist. Da das Anbindungsmittel 39b drehfest mit dem Ankerelement 19b verbunden
ist, verbindet das Federmittel 22b außerdem das Ankerelement 18b drehfest
mit dem Ankerelement 19b, wodurch das Federmittel 22b weiter
zu einer drehfesten Verbindung der beiden Ankerelemente 18b, 19b vorgesehen
ist.
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Die
Ankereinheit 17b und die Kennlinienbeeinflussungseinheit 11b sind
gemeinsam als ein Montagemodul 23b ausgebildet. Das Montagemodul 23b ist
dreiteilig ausgeführt.
Es weist drei teilweise fest miteinander verbundene Bauteile auf.
Die Flussleitelemente 12b, 13b, das Ankerelement 19b und das
Anbindungsmittel 39b sind einstückig als ein erstes Bauteil
ausgeführt.
Das Federmittel 22b bildet ein zweites Bauteil. Das Flussleitelement 13b und
das Ankerelement 18b bilden ein drittes Bauteil. Das erste
Bauteil ist fest mit dem zweiten Bauteil verbunden. Das zweite Bauteil
ist fest mit dem dritten Bauteil verbunden.
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Zur
axialen Positionierung der Ankereinheit 17b weist die Statoreinheit 10b ein
Positionierelement 42b auf. Das Positionierelement 42b ist
für einen
Formschluss mit dem Anbindungsmittel 39b vorgesehen. Bei
einer Montage der Statoreinheit 10b wird das Positionierelement 42b in
Kontakt mit dem Stellelement 38b gebracht, wodurch eine
axiale Position der Statoreinheit 10b in Bezug auf das
Stellgetriebe 35b und damit in Bezug auf die Ankereinheit 17b definiert
ist.