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Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine gegenüber der Phasenlage einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Stelleinrichtung ein Stellgehäuse und ein in dem Stellgehäuse drehbeweglich angeordnetes Stellelement aufweist, wobei das Stellelement als Wendebauteil ausgebildet ist, und wobei in dem Stellelement mindestens eine erste Stellfluidleitung von einem ersten Stellfluidanschluss bis zu einer ersten Teilstellkammer verläuft. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine.
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Stelleinrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der
EP 1 568 856 A1 bekannt. Dort wird ein Flügelzellennockenwellerversteller beschrieben, welcher einen Bolzenverriegelungsmechanismus aufweist, um einen Rotor auf variable Weise mit einem Stator zu verriegeln. Generell dienen solche Stelleinrichtungen zur Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle. Das bedeutet, dass mittels der Stelleinrichtung ein Winkelversatz der Nockenwelle zu der Kurbelwelle gezielt einstellbar beziehungsweise wählbar ist. Dabei sind beispielsweise das Stellgehäuse mit der Kurbelwelle und das Stellelement mit der Nockenwelle wirkverbunden. Demzufolge wird zum Einstellen der Phasenlage das Stellelement gegenüber dem Stellgehäuse gedreht, um die gewünschte Phasenlage der Nockenwelle einzustellen. Üblicherweise muss die Stelleinrichtung auf die Drehrichtung der Kurbelwelle beziehungsweise des Stellgehäuses angepasst werden, da in Abhängigkeit von der Drehrichtung eine unterschiedliche Verstellrichtung des Stellelements gegenüber dem Stellgehäuse notwendig ist. Die Stelleinrichtung muss also in Abhängigkeit von der Drehrichtung beziehungsweise der gewünschten Verstellrichtung ausgebildet werden. Da beispielsweise Brennkraftmaschinen mit einer V-förmigen Zylinderbankanordnung Stelleinrichtungen für zwei unterschiedliche Drehrichtungen benötigen, werden zur Herstellung einer solchen Brennkraftmaschine Stelleinrichtungen unterschiedlicher Ausbildung benötigt, welche getrennt voneinander hergestellt werden müssen. Eine solche Vorgehensweise ist äußerst kostenaufwendig.
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Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 028 640 A1 ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem antreibbaren Außenkörper, der zumindest eine Hydraulikkammer aufweist, und einem innen liegend zum Außenkörper angeordneten Innenkörper, der mit einer Nockenwelle festverbindbar ist und mindestens einen Schwenkflügel aufweist, der sich in radialer Richtung in die Hydraulikkammer erstreckt und dabei die Hydraulikkammer in eine erste Arbeitskammer und eine zweite Arbeitskammer unterteilt, bekannt. Der Innenkörper weist ferner zumindest eine Ölzulauf- und Ölablaufleitung auf, die sich von einer Mantelinnenseite zu einer Mantelaußenseite des Innenkörpers bis zu einer der beiden Arbeitskammern erstreckt. Der Innenkörper ist dabei zumindest aus einem ersten Element und einem zweiten Element zusammengefügt, wobei die beiden Elemente an einander zugewandten Stirnseiten jeweils mindestens eine Geometrie aufweisen, die zusammen mit dem jeweils anderen Element die Ölzulauf- und Ölablaufleitung des Innenteils bildet.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Stelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine vorzustellen, welche diesen Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere kostengünstig und einheitlich herstellbar ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen entsprechenden Ventiltrieb und eine entsprechende Brennkraftmaschine vorzuschlagen.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass mehrere zweite Stellfluideinlässe vorgesehen sind, die – in drehaxialer Richtung – beidseitig des ersten Stellfluidanschlusses angeordnet sind, von welchen mindestens eine zweite Stellfluidleitung bis zu einer zweiter Teilstellkammer verläuft, Grundsätzlich ist vorgesehen, dass das Stellelement als Wendebauteil ausgebildet ist. Das bedeutet, dass eine für eine erste Drehrichtung geeignete Stelleinrichtung erhalten wird, wenn das Stellelement in einer ersten Einbaurichtung in dem Stellgehäuse angeordnet wird. Wird dagegen das Stellelement in einer zweiten, von der ersten Einbraurichtung unterschiedlichen Einbaurichtung in dem Stellgehäuse angeordnet, so ergibt sich eine Stelleinrichtung, welche für eine zweite Drehrichtung eingesetzt werden kann. Dabei soll eine Ansteuerung der Stelleinrichtung stets gleich erfolgen. Wird beispielsweise ein zum Verstellen verwendeter Stellkörper in einer ersten Position angeordnet, so soll sich stets entweder eine Verstellung oder eine Rückstellung der Stelleinrichtung ergeben, während in einer zweiten Position stets das umgekehrte Verhalten, also eine Rückstellung beziehungsweise eine Verstellung, gegeben sein soll. Das bedeutet, dass das Stellelement zumindest bereichsweise symmetrisch ausgebildet ist. Eine solche Ausbildung der Stelleinrichtung erlaubt eine kostengünstige Herstellung, da die Bestandteile der Stelleinrichtung unabhängig von einer gewünschten Drehrichtung beziehungsweise Verstellrichtung hergestellt werden können. Die Stelleinrichtung wird über einen Antriebsteil von der Kurbelwelle angetrieben. Der Antriebsteil kann dabei dem Stellgehäuse zugeordnet sein. Der Antriebsteil ist über einen Abtriebsteil mit der Nockenwelle wirkverbunden. Der Abtriebsteil ist dabei beispielsweise dem Stellelement zugeordnet. Zur Einstellung der Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle wird der Antriebsteil gegenüber dem Abtriebsteil in Umfangsrichtung verstellt. Antriebsteil und Abtriebsteil können also verschiedene Winkelstellungen zueinander einnehmen, wobei die Winkelstellungen in Bezug auf eine Rotationsachse der Stelleinrichtung definiert sind. Die Drehrichtung beziehungsweise Verstellrichtung wird erst bei einem Zusammenbau der Stelleinrichtung festgelegt. Dies hat, wie bereits vorstehend festgehalten, keinen Einfluss auf eine Ansteuerung der Stelleinrichtung. Unabhängig von der Einbaurichtung des Stellelements soll stets das gleiche Verhalten der Stelleinrichtung vorliegen, also entweder eine Verstellung oder eine Rückstellung bei entsprechender Ansteuerung stattfinden.
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Es ist vorgesehen, dass in dem Stellelement mindestens eine erste Stellfluidleitung von einem ersten Stellfluidanschluss bis zu einer ersten Teilstellkammer und/oder mindestens eine zweite Stellfluidleitung von einem zweiten Stellfluidanschluss bis zu einer zweiten Teilstellkammer verläuft. Über die Stellfluidleitung kann der jeweiligen Teilstellkammer Stellfluid zugeführt oder entzogen werden. Dabei ist es vorgesehen, dass wenn der ersten Teilstellkammer Stellfluid zugeführt wird, der zweiten Teilstellkammer Stellfluid entzogen oder dieses anderweitig abgeführt wird und umgekehrt, um das Verstellen des Verstellelements zu ermöglichen. Sind mehrere Stellkammern vorgesehen, so kann allen ersten Teilstellkammern der Stellkammern gleichzeitig Stellfluid zugeführt oder entzogen werden. Dies gilt analog auch für die zweiten Teilstellkammern mehrerer Stellkammern. Die Verteilung des Stellfluids auf den ersten und/oder den zweiten Stellfluidanschluss kann beispielsweise mittels eines Stellkörpers eingestellt werden.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass mehrere zweite Stellfluideinlässe vorgesehen sind, die – in drehaxialer Richtung – beidseitig des ersten Stellfluidanschlusses angeordnet sind. Es liegt also, zumindest hinsichtlich der Stellfluidanschlüsse und in axialer Richtung, eine symmetrische Ausbildung des Stellelements vor. Wird das Stellelement mittels eines Stellkörpers angesteuert, wird mit einer solchen Ausbildung sichergestellt, dass bei einer Anordnung des Stellkörpers in einer zentralen Position stets ein Verstellen beziehungsweise Rückstellen des Stellelements bewirkt wird, während bei einem Verlagern des Stellkörpers derart, dass zumindest einer der zweiten Stellfluideinlässe mit Stellfluid versorgt wird, eine Auslenkung des Stellelements in die umgekehrte Richtung erfolgt, gleichgültig, in welcher Einbaurichtung das Stellelement in dem Stellgehäuse angeordnet ist. Die drehaxiale Richtung ist dabei bezüglich einer Drehachse des Stellelements in dem Stellgehäuse definiert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine Rückstelleinrichtung vor. Bevor mittels der Stelleinrichtung die Phasenlage der Nockenwelle verändert wird, liegt sie in ihrer Grundstellung vor. Das bedeutet, dass die Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Phasenlage der Kurbelwelle eine definierte Ausgangsposition innehat. Wird die Stelleinrichtung zur Verstellung der Phasenlage verwendet, so wird das Stellelement gegenüber dem Stellgehäuse in eine ausgelenkte Stellung bewegt. Die Rückstelleinrichtung dient nun dazu, ein Rückstellen des Stellelements in die Grundstellung zu erleichtern, sodass hierzu keine hohen Steuerkräfte beziehungsweise Steuerdrücke notwendig sind. Die Rückstelleinrichtung ist notwendig, da während dem Rückstellen Momente auftreten, die aus einer Ventilbetätigung durch die Nockenwelle resultieren, und die dem Rückstellen entgegenwirken. Die Momente drängen also das Stellelement in seine ausgelenkte Stellung. Wird hingegen die Rückstelleinrichtung vorgesehen, so kann diese derart abgestimmt werden, dass sowohl für das Verstellen als auch für das Rückstellen des Stellelements Steuerkräfte beziehungsweise Steuerdrücke ähnlicher Größenordnung ausreichend sind. Selbstverständlich kann die Rückstelleinrichtung auch dazu ausgelegt sein, das Verstellen zu unterstützen und entsprechend dem Rückstellen entgegenzuwirken. Aus der Bezeichnung „Rückstelleinrichtung” soll somit keine bevorzugte Wirkrichtung ableitbar sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rückstelleinrichtung ein Federelement aufweist. Das Federelement ist derart mit dem Stellelement und/oder dem Stellgehäuse wirkverbunden, dass es bei dem Verstellen oder Rückstellen des Stellelements gespannt wird. Somit kann das Federelement bei einem Rückstellen des Stellelements die Rückstellbewegung unterstützen, also das Stellelement in Richtung seiner Grundstellung drängen. Das Federelement kann beispielsweise eine Spiralfeder sein, welche in axialer Richtung benachbart zu dem Stellelement angeordnet ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rückstelleinrichtung ebenfalls als Wendebauteil ausgebildet ist. Es sollen also sowohl das Stellelement als auch die Rückstelleinrichtung derart ausgebildet sein, dass sie in mehreren Einbaurichtungen verwendet werden können. Die Rückstelleinrichtung bewirkt in der ersten Einbaurichtung eine Kraft, welche dem Verstellen des Stellelements entgegenwirkt und das Rückstellen unterstützt. In der zweiten Einbaurichtung liegt dagegen eine Kraft vor, welche das Verstellen unterstützt und dem Rückstellen entgegenwirkt. Werden sowohl das Stellelement als auch die Rückstelleinrichtung jeweils als Wendebauteil ausgebildet, so sind mit gleichen Bauteilen vier Varianten der Stelleinrichtung realisierbar.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rückstelleinrichtung über mindestens einen Bolzen mit dem Stellelement und/oder über mindestens einen weiteren Bolzen mit dem Stellgehäuse in Wirkverbindung steht. Über die Bolzen kann die Rückstelleinrichtung eine Kraft auf das Stellelement und/oder das Stellgehäuse ausüben, welches auf die vorstehend beschriebene Weise das Verstellen beziehungsweise Rückstellen des Stellelements unterstützt beziehungsweise diesem entgegenwirkt. Dabei kann der Bolzen derart ausgebildet sein, dass die als Wendebauteil vorliegende Rückstelleinrichtung in jeder Einbaurichtung einfach mit dem Stellelement und/oder dem Stellgehäuse in Wirkverbindung gebracht werden kann. Ist die Rückstelleinrichtung beispielsweise als Federelement ausgebildet, so kann dieses Ösen beziehungsweise Laschen aufweisen, in welchen der Bolzen verschieblich gehalten ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es unerheblich, in welcher Einbaurichtung die Rückstelleinrichtung vorliegt, da die Wirkverbindung über die Bolzen einfach hergestellt werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rückstelleinrichtung einer Verstellung des Stellelements in eine erste Richtung entgegenwirkt und eine Verstellung in eine zweite Richtung unterstützt. Dabei kann die erste Richtung entweder ein Verstellen des Stellelements aus der Grundstellung heraus in die ausgelenkte Stellung oder ein Rückstellen in die umgekehrte Richtung bedeuten. Dies gilt äquivalent für die zweite Richtung, die jedoch der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Stellgehäuse mindestens eine Stellkammer und an dem Stellelement mindestens ein in die Stellkammer eingreifender Stellflügel vorgesehen sind. Die Stellkammer liegt dabei in der Art einer Flügelzelle vor. Es ist vorteilhaft, wenn mehrere Stellkammern, und Stellflügel symmetrisch in dem Stellgehäuse beziehungsweise an dem Stellelement vorliegen, beispielsweise in diametral gegenüberliegender Anordnung. Beispielsweise sind jeweils vier Stellkammern und in diese eingreifende Stellflügel vorgesehen. Dabei sind die Stellkammern und die Stellflügel jeweils um 90° gegeneinander versetzt über den Umfang des Stellgehäuses beziehungsweise des Stellelements verteilt angeordnet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stellflügel die Stellkammer dichtend unterteilt, sodass die erste Teilstellkammer und die zweite Teilstellkammer vorliegen. Der Stellflügel ist somit derart in der Stellkammer angeordnet, dass ein in der ersten Teilstellkammer vorliegendes Stellfluid nicht in die zweite Teilstellkammer gelangen kann. Dies gilt ebenso in umgekehrter Richtung. Das bedeutet, dass wenn die erste oder die zweite Teilstellkammer nicht über eine entsprechende Vorrichtung mit Stellfluid versorgt werden oder dieses aus der jeweiligen Teilstellkammer entzogen wird, das Stellelement innerhalb des Stellgehäuses festgesetzt ist. Dies gilt insbesondere, da das Stellfluid im Wesentlichen als inkompressibel angesehen werden kann, sodass auch bei einer großen an dem Stellelement oder dem Stellgehäuse angreifenden Kraft die Phasenlage zwischen Stellelement und Stellgehäuse und damit zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle nicht verstellt wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Stellelement im Wesentlichen hohlzylinderförmig ist. Das bedeutet, dass das Stellelement einen im Querschnitt kreisringförmigen Basiskörper aufweist, an dessen Außenumfang gegebenenfalls der Stellflügel beziehungsweise die Stellflügel angeordnet sind. Das Stellelement weist zur Realisierung der Hohlzylinderform eine zentrale Ausnehmung auf, welche beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt besitzt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste und/oder der zweite Stellfluidanschluss auf einer Innenmantelfläche des Stellelements vorgesehen sind. Die Innenmantelfläche umgibt die zentrale Ausnehmung, welche in dem Stellelement vorliegt. Dies ermöglicht es, auf einfache Weise einen Anschluss zu dem ersten und/oder dem zweiten Stellfluidanschluss herzustellen. Zu diesem Zweck sind entsprechende Mittel in der Ausnehmung des Stellelements vorgesehen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste und/oder der zweite Stellfluidanschluss mittels eines Stellkörpers mit Stellfluid beaufschlagbar sind. Der Stellkörper ist beispielsweise in der zentralen Ausnehmung des Stellelements angeordnet. In dieser ist er in axialer Richtung derart verschieblich gelagert, dass eine auf seiner Außenmantelfläche vorgesehene Öffnung in Strömungsverbindung mit dem ersten und/oder dem zweiten Stellfluidanschluss treten kann. Vorzugsweise weist der Stellkörper mehrere Öffnungen auf, sodass stets eine erste Öffnung mit dem ersten und/oder dem zweiten Stellfluidanschluss in Fluidverbindung steht und eine zweite Öffnung mit dem jeweils anderen Stellfluidanschluss. Über die Öffnung des Stellkörpers kann dem ersten und/oder dem zweiten Stellfluidanschluss Stellfluid zugeführt oder entzogen werden. Da die Stellfluideinlässe in direkter Fluidverbindung zu den Teilstellkammern stehen, wird auf diese Weise ein Verstellen des Stellelements innerhalb des Stellgehäuses bewirkt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stellkörper an einem Stellkörpergehäuse verstellbar gelagert ist. Der Stellkörper kann axial verschieblich oder drehbar gelagert sein, um seine Stellfunktion wahrzunehmen. Zu diesem Zweck ist er an dem Stellkörpergehäuse gelagert. Beispielsweise kann das Stellkörpergehäuse den Stellkörper zumindest umfänglich einschließen, womit der Stellkörper über Ausnehmungen in dem Stellkörpergehäuse in Fluidverbindung mit den Stellfluideinlässen tritt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Verriegelungseinrichtung zum Festsetzen des Stellelements vorgesehen ist. Die Verriegelungseinrichtung ist insbesondere zum Festsetzen des Stellelements in dessen Grundstellung vorgesehen. Das bedeutet, dass ein Verstellen des Stellelements innerhalb des Stellgehäuses nur dann möglich ist, wenn die Verriegelungseinrichtung dies zulässt. Befindet sich die Verriegelungseinrichtung in ihrer Verriegelungsstellung, so ist keine Bewegung des Stellelements möglich, unabhängig davon, ob den Stellkammern Stellfluid zugeführt wird. Die Verriegelungseinrichtung ist insbesondere dazu gedacht, das Stellelement festzusetzen beziehungsweise zu fixieren, um nicht ständig einen Stellfluiddruck in den Stellkammern aufrechterhalten zu müssen, welcher das Einhalten der momentanen Stellung, insbesondere der Grundstellung, sicherstellt. Wird beispielsweise die Brennkraftmaschine in einem unteren Teillastbereich betrieben, so kann es vorgesehen sein, innerhalb der Stellkammern keinerlei Stellfluiddruck aufzubauen und den Stellkörper mittels der Verriegelungseinrichtung in der Grundstellung zu fixieren.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verriegelungseinrichtung mit dem ersten und/oder zweiten Stellfluidanschluss in Fluidverbindung bringbar ist, sodass ein Verriegelungselement der Verriegelungseinrichtung aus einer Verriegelungsstellung in eine Losstellung und/oder aus der Losstellung in die Verriegelungsstellung bringbar ist. Die Verriegelungseinrichtung soll somit in ihre Losstellung gelangen und das Stellelement freigeben, sobald der Stellfluiddruck an dem ersten und/oder zweiten Stellfluidanschluss aufgebaut ist. Insbesondere soll das Verriegelungselement dann in seine Losstellung gebracht werden, wenn derjenige Stellfluidanschluss mit Stellfluid beaufschlagt wird, welcher ein Verstellen des Stellelements aus seiner Grundstellung heraus in die ausgelenkte Stellung bewirkt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle und einer Stelleinrichtung zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Phasenlage einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Stelleinrichtung ein Stellgehäuse und ein in dem Stellgehäuse drehbeweglich angeordnetes Stellelement aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet ist. Der Ventiltrieb dient dazu, die Ventile der Brennkraftmaschine zu betätigen. Zu diesem Zweck sind auf der Nockenwelle Nocken angeordnet, mittels welcher die Ventile der Brennkraftmaschine zum Öffnen betätigt werden. Zum Befestigen der Nocken auf der Nockenwelle können Nockenträger vorgesehen sein, welche beispielsweise mittels einer Verzahnung drehfest, aber in axialer Richtung verschieblich auf der Nockenwelle angeordnet sind.
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Die Erfindung betrifft zusätzlich eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, einem Ventiltrieb und einer Stelleinrichtung zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Phasenlage einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Stelleinrichtung ein Stellgehäuse und ein in dem Stellgehäuse drehbeweglich angeordnetes Stellelement aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Ventiltrieb gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet ist. Die Ausbildung des Stellelements als Wendebauteil ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn verschiedene Ausführungen der Stelleinrichtung benötigt werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Stelleinrichtung sowohl für eine Auslassnockenwelle als auch eine Einlassnockenwelle eingesetzt werden soll. Weiter ergeben sich Vorteile, wenn die Brennkraftmaschine mehrere Zylinderbänke aufweist, insbesondere in V-Anordnung. Bei einer solchen Brennkraftmaschine werden vier verschiedene Stelleinrichtungen benötigt, wenn jeweils Auslassnockenwelle und Einlassnockenwelle der jeweiligen Zylinderbank mit einer Stelleinrichtung ausgestattet sein soll. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn auch die Rückstelleinrichtung als Wendebauteil ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung einer Stelleinrichtung mit einem Stellgehäuse und einem in dem Stellgehäuse angeordneten Stellelement,
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2 eine Detailansicht des Stellelements,
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3a zwei Seitenquerschnittsansichten der Stelleinrichtung, jeweils von links und von rechts, wobei Stellelement und ein Federelement in einer ersten Einbaurichtung vorliegen,
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3b die aus 3a bekannte Stelleinrichtung, wobei Stellelement und Federelement in einer zweiten Einbaurichtung vorliegen,
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4a eine schematische Darstellung der Stelleinrichtung in einer seitlichen Ansicht zur Verdeutlichung eines Stellfluidflusses,
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4b eine schematische Schnittdarstellung der Stelleinrichtung,
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5a eine schematische Darstellung der Stelleinrichtung, wobei das Stellelement in der zweiten Einbaurichtung vorliegt,
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5b die aus 5a bekannte Stelleinrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung,
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6a eine schematische Darstellung der Stelleinrichtung in einer Seitenansicht, wobei das Stellelement in einer Grundstellung vorliegt,
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6b die aus 6a bekannte Stelleinrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung,
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7a die aus den 6a und 6b bekannte Stelleinrichtung, wobei das Stellelement in einer ausgelenkten Stellung angeordnet ist,
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7b die aus 7a bekannte Stelleinrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung,
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8 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, welche jeweils einen Ventiltrieb mit jeweils zwei Nockenwellen aufweist, wobei jeder Nockenwelle eine Stelleinrichtung zugeordnet ist.
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Die 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Stelleinrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine 2 (hier nicht dargestellt). Mittels der Stelleinrichtung 1 kann die Phasenlage einer Nockenwelle (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 2 gegenüber der Phasenlage einer Kurbelwelle (ebenfalls nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 2 verstellt oder fixiert werden. Die Stelleinrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Stellgehäuse 3 und einem Stellelement 4. Das Stelleelement 4 ist dabei drehbeweglich in einer zentralen Ausnehmung 5 des Stellgehäuses 3 gelagert. Die Seiten des Stellgehäuses 3 sind mit einer vorderen Dichtplatte 6 und einer hinteren Dichtplatte 7 verschlossen. Zu diesem Zweck sind vier Schrauben 8 vorgesehen, welche Bohrungen 9 der vorderen Dichtplatte 6 durchgreifen und mit ihren Köpfen an dieser anliegen. Nachfolgend durchgreifen die Schrauben 8 Ausnehmungen 10 des Stellgehäuses 3, um anschließend in Bohrungen 11 der hinteren Dichtplatte 7 einzusitzen, welche ein Innengewinde aufweisen.
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In dem Stellgehäuse 3 sind vier Stellkammern 12 ausgebildet, in welche jeweils ein Stellflügel 13 des Stellelements 4 eingreift. Dabei unterteilt jeder Stellflügel 13 die jeweilige Stellkammer 12 in eine erste Teilstellkammer 14 und eine zweite Teilstellkammer 15 (beide hier nicht dargestellt). Die Dichtplatten 6 und 7 sind mittels der Schrauben 8 derart an dem Stellgehäuse 3 befestigt, dass die Stellkammern 12 in axialer Richtung dicht verschlossen sind. In radialer Richtung sorgt ein im Querschnitt ringförmiger Basiskörper 16 des Stellelements 4 für eine Abdichtung der Stellkammern 12. Die Stellflügel 13 sind derart an dem Basiskörper 16 vorgesehen, dass sie gleichmäßig voneinander beabstandet sind und in radialer Richtung nach außen weisen.
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Weiterhin sind an der Stelleinrichtung 1 eine Rückstelleinrichtung 17, welche ein Federelement 18 aufweist, eine Abdeckung 19 sowie ein Stellkörpergehäuse 20 vorgesehen. Das Federelement 18 ist spiralförmig ausgebildet, wobei es auf beiden Enden jeweils eine Öse 21 aufweist, von welchen hier lediglich eine erkennbar ist. In der Öse 21 ist ein Bolzen 22 gehalten, welcher auf seiner dem Federelement 18 abgewandten Seite einen Durchgriffsbereich 23 der hinteren Dichtplatte 7 durchgreift und eine Wirkverbindung des Federelements 18 mit dem Stellelement 4 herstellt. Dazu liegt der Bolzen 22 wahlweise in einer der Haltebohrungen 24 des Stellelements 4 ein. Die hier nicht sichtbare Öse 21 des Federelements 18 umgreift eine der Schrauben 8, welche entsprechend lang ausgebildet ist, um die hintere Dichtplatte 7 vollständig zu durchgreifen und so einen Befestigungspunkt für das Federelement 18 zu bilden. Das Federelement 18 ist von der Abdeckung 19 abgedeckt, welche mittels Befestigungslaschen 25 an der hinteren Dichtplatte 7 befestigt ist. Die Befestigungslaschen 25 können dabei beispielsweise Rastelemente aufweisen, mit welchen eine Rastverbindung der Abdeckung 19 zu der hinteren Dichtplatte 7 hergestellt sein kann. Stellgehäuse 3, Stellelement 4, die Dichtplatten 6 und 7, das Federelement 18 sowie die Abdeckung 19 weisen eine zentrale Durchgangsöffnung 26 auf, in welcher das Stellkörpergehäuse 20 angeordnet ist. Dabei kann das Stellkörpergehäuse 20 drehfest und axial unverschieblich an dem Stellelement 4 gehalten sein.
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Das Stellkörpergehäuse 20 weist mehrere Durchtrittsbohrungen 27 auf, welche mit ersten Stellfluideinlässen 28 und zweiten Stellfluideinlässen 29 korrespondieren. Der erste Stellfluidanschluss 28 korrespondiert mit mindestens einer ersten Stellfluidleitung 30, der zweite Stellfluidanschluss 29 mit mindestens einer zweiten Stellfluidleitung 31, welche jeweils benachbart zu den Stellflügeln 13 in eine Ringfläche 32 des Basiskörpers 16 münden. Weiterhin ist eine Verriegelungseinrichtung 33 vorgesehen, welche einen Verriegelungsstift 34 aufweist, der in einem Verriegelungssitz 35 des Stellelements 4 axial beweglich gelagert ist. In einer Losstellung ist der Verriegelungsstift 34 vollständig in dem Verriegelungssitz 35 aufgenommen. In einer Verriegelungsstellung ist der Verriegelungsstift 34 dagegen derart in axialer Richtung verlagert, dass er in eine Verriegelungstasche 36 des Stellgehäuses 3 eingreift. In dieser Verriegelungsposition ist das Stellelement 4 bezüglich des Stellgehäuses 3 fixiert, sodass keinerlei Veränderung der Phasenlage der beiden Elemente gegeneinander möglich ist. Der Verriegelungssitz 35 steht über eine Betätigungsleitung 37 in Fluidverbindung mit zumindest einer der Teilstellkammern 14 und 15. Durch diese Fluidverbindung ist sichergestellt, dass der Verriegelungsstift 34 in die Losstellung bewegt wird, sobald die jeweilige Teilstellkammer 14 oder 15 mit Stellfluid beaufschlagt ist.
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Die 2 zeigt eine Detailansicht des Stellelements 4. Dabei ist ersichtlich, dass die Stellfluideinlässe 28 und 29 auf einer Innenmantelfläche 38 des Stellelements 4 ausgebildet sind. Nicht direkt erkennbar ist, dass zwei zweite Stellfluideinlässe 29 vorgesehen sind, die in axialer Richtung sich bezüglich des ersten Stellfluidanschlusses 28 gegenüberliegen und von diesem jeweils den gleichen Abstand aufweisen. Dies wird umso deutlicher bei Betrachtung der Stellfluidleitungen 30 und 31, wobei jedem Stellflügel 13 jeweils eine erste Stellfluidleitung 30 und zwei zweite Stellfluidleitungen 31 zugeordnet sind. Dabei münden die ersten Stellfluidleitungen 30 auf der einen Seite und die zweiten Stellfluidleitungen 31 auf der anderen Seite des jeweiligen Stellflügels 13 in die Ringfläche 32 des Stellelements 4 ein. Im Bereich der Mündungen der Stellfluidleitungen 30 und 31 sind in der Ringfläche 32 und dem jeweiligen Stellflügel 13 Strömungstaschen 39 ausgebildet. Diese Strömungstaschen 39 erlauben ein Einströmen beziehungsweise Ausströmen von Stellfluid durch die Stellfluidleitungen 30 und 31 selbst dann, wenn die Stellflügel 13 innerhalb der Stellkammern 12 derart angeordnet sind, dass die Mündungen der Stellfluidleitungen 30 und 31 im Bereich von Stützflächen 40 des Stellgehäuses 3 (siehe 1) positioniert sind. Es kann vorgesehen sein, dass jeder Stellfluidleitung 30 oder 31 ein Stellfluidanschluss 28 oder 29 zugeordnet sind. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere Stellfluidleitungen 30 oder 31 über einen Stellfluidanschluss 28 oder 29 gemeinsam angeschlossen sind.
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Sowohl das Stellelement 4 als auch die Rückstelleinrichtung 17 beziehungsweise das Federelement 18, welche anhand der 1 und 2 erläutert wurden, sollen als Wendebauteile 41 beziehungsweise 42 ausgebildet sein. Das bedeutet, dass sie jeweils in einer ersten Einbaurichtung (in 1 dargestellt), aber auch in einer zweiten Einbaurichtung in Bezug auf das Stellgehäuse 3 angeordnet werden können. Auf diese Weise kann die Stelleinrichtung 1 auf unterschiedliche Drehrichtungen der Nockenwelle beziehungsweise auf unterschiedliche Verstellrichtungen eingestellt werden.
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In der 1 ist erkennbar, dass die Stelleinrichtung 1 an dem Stellgehäuse 3 eine Außenverzahnung 43 aufweist. Mittels dieser Außenverzahnung 43 wird die Stelleinrichtung 1 von der Kurbelwelle angetrieben. An dem Stellgehäuse 3 ist somit ein Antriebsteil 44 vorgesehen, über welchen der Antrieb der Stelleinrichtung 1 erfolgt. Ein hier nicht dargestellter Abtriebsteil liegt beispielsweise an dem Stellelement 4 vor und ist mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden.
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Die 3a zeigt die Stelleinrichtung 1 in einer Seitenansicht von links und in einer Seitenansicht von rechts, wobei in der Ansicht von links die vordere Dichtplatte 6 und in der Ansicht von rechts die Abdeckung 19 entfernt ist. Durch den Pfeil 45 ist eine Drehrichtung und durch den Pfeil 46 eine Verstellrichtung der Stelleinrichtung 1 angedeutet. Das Stellelement 4 liegt innerhalb des Stellgehäuses 3 in seiner Grundstellung vor. Ein Verstellen des Stellelements 4 erfolgt also durch Verdrehen des Stellelements 4 bezüglich des Stellgehäuses 3 in Richtung des Pfeils 46. In der Ansicht von rechts ist erkennbar, wie das Federelement 18 an dem Stellgehäuse 3 beziehungsweise der hinteren Dichtplatte 7 angeordnet ist. In der in 3a dargestellten Ausführung sind sowohl das Stellelement 4 als auch die Abdichtung 19 in einer ersten Einbaurichtung vorgesehen.
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Die 3b zeigt dagegen die Stelleinrichtung 1 jeweils in einer Ansicht von links und von rechts, wobei Stellelement 4 und Federelement 18 in einer zweiten Einbaurichtung an dem Stellgehäuse 3 beziehungsweise der hinteren Dichtplatte 7 angeordnet sind. Aus diesem Grund liegt eine Stelleinrichtung 1 vor, welche für eine Drehrichtung (Pfeil 45) und Verstellrichtung (Pfeil 46) geeignet sind, die der Drehrichtung und Stellrichtung der Stelleinrichtung 1 der 3a entgegengerichtet sind.
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Mit den jeweils in der ersten und der zweiten Einbaurichtung angeordneten Federelementen 18 der Stelleinrichtungen 1 der 3a und 3b wird erreicht, dass das Federelement 18 jeweils einem Verstellen des Stellelements 4 innerhalb des Stellgehäuses 3 entgegengerichtet ist und dagegen ein Rückstellen unterstützt. Selbstverständlich ist jedoch auch eine Anordnung möglich, bei welcher das Verstellen unterstützt und dem Rückstellen entgegengewirkt wird. Mittels der Ausbildung des Stellelements 4 und des Federelements 18 beziehungsweise der Rückstelleinrichtung 17 jeweils als Wendebauteil 41 beziehungsweise 42 erlaubt es also, aus den gleichen Bauteilen – umfassend das Stellelement 4 und die Rückstelleinrichtung 17 – vier unterschiedliche Variationen der Stelleinrichtung 1 aus denselben Bauteilen zu erzeugen. Die Variation der Stelleinrichtung 1 wird erreicht, indem das Stellelement 4 und/oder die Rückstelleinrichtung 17 jeweils umgekehrt in Bezug auf das Stellgehäuse 3 angeordnet wird. Zur Befestigung des Federelements 18 werden anschließend die Bolzen 22 umgesteckt, also entsprechend angeordnet, um zum Einen in die Ösen 21 und zum Anderen an dem entsprechenden Gegenstück anzugreifen. Anschließend wird die Stelleinrichtung montiert.
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Die 4a zeigt eine teilweise aufgeschnittene Darstellung der Stelleinrichtung 1, welche für eine Drehrichtung im Sinne des Pfeils 45 und für eine Verstellrichtung im Sinne des Pfeils 46 ausgelegt ist. Dabei ist das Stellelement 4 zumindest bereichsweise transparent dargestellt, sodass die ersten Stellfluidleitungen 30 erkennbar sind, welche über eine gemeinsame Verteilerleitung 47 mit dem ersten Stellfluidanschluss 28 fluidverbunden sind. Dabei ist erkennbar, wie das Stellfluid durch die Strömungstaschen 39 hindurch in die erste Teilstellkammer 14 gelangen kann, obwohl die Mündung der ersten Stellfluidleitung 30 im Bereich der Stützfläche 40 des Stellgehäuses 3 liegt. Das Stellelement 4 liegt in der Darstellung in seiner Grundstellung vor. Dabei ist es in dieser Grundstellung mittels der Verriegelungseinrichtung 33 festgesetzt. Die Verriegelungseinrichtung 33 steht jedoch über die Betätigungsleitung 37 in Fluidverbindung mit den ersten Stellfluidleitungen 30, sodass der Verriegelungsstift 34 in seine Losposition verlagert wird, sobald diese mit Stellfluid beaufschlagt werden.
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Die 4b zeigt die aus der 4a bekannte Stelleinrichtung 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht. Dabei ist insbesondere erkennbar, die ersten Stellfluidleitungen 30 auf ihrer einen Seite mit der Verteilerleitung 47 und damit mit dem ersten Stellfluidanschluss 28 (hier nicht erkennbar) und auf ihrer anderen Seite mit den Strömungstaschen 39 in Strömungsverbindung stehen. Zentral angeordnet ist das Stellkörpergehäuse 20.
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Die 5a zeigt die aus den 4a und 4b bekannte Stelleinrichtung 1, wobei jedoch das Stellelement 4, welches als Wendebauteil 41 vorliegt, in seiner zweiten Einbaurichtung vorliegt. Die Stelleinrichtung 1 ist also für die durch den Pfeil 45 gekennzeichnete Drehrichtung und die durch den Pfeil 46 angedeutete Verstellrichtung vorgesehen. Auch das hier gezeigte Stellelement 4 liegt in seiner Grundstellung vor und ist in dieser mittels der Verriegelungseinrichtung 33 festgesetzt. Bei Beaufschlagung der ersten Stellfluidleitungen 30 mit Stellfluid werden auch hier die ersten Teilstellkammern 14 über die Strömungstaschen 39 mit dem Stellfluid versorgt. Dabei sind die ersten Teilstellkammern 14 in der in der 5a dargestellten Ausführungsform auf der jeweils anderen Seite der Stellflügel 13 vorgesehen, wie in der in 4a gezeigten Ausführungsform.
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Die 5b zeigt die aus 5a bekannte Stelleinrichtung 1 zumindest teilweise geschnitten. Analog zur 4b ist erkennbar, dass die ersten Stellfluidleitungen 30 sowohl in Fluidverbindung mit der Verteilerleitung 47 als auch mit den Strömungstaschen 39 steht. Die ersten Stellfluidleitungen 30 beziehungsweise die dazugehörigen Stellfluideinlässe 28 sind – in axialer Richtung des Stellelements 4 gesehen – im Wesentlichen zentral in diesem angeordnet.
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Die 6a, 6b, 7a und 7b verdeutlichen den Stellfluidfluss innerhalb der Stelleinrichtung 1 bei einem Verstellen (6a und 6b) und einem Rückstellen (7a und 7b) des Stellelements 4 innerhalb des Stellgehäuses 3. Dabei ist jeweils dieselbe Stelleinrichtung 1 dargestellt, das Stellelement 4 liegt also stets in derselben Einbaurichtung vor, womit die Stelleinrichtung 1 der 6a, 6b, 7a und 7b auch jeweils für dieselbe Drehrichtung (Pfeil 45) ausgelegt ist. In der 6a deutet der Pfeil 46 die Verstellrichtung, also die Richtung, in welcher das Stellelement 4 aus seiner Grundstellung herausbewegt wird, an. Dagegen zeigt der Pfeil 46 in der 7a die Rückstellrichtung, also die Richtung, in welcher das Stellelement 4 in Richtung seiner Grundstellung bewegt wird. Hinsichtlich der 6a, 6b, 7a und 7b sei im Wesentlichen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Die Funktion der Stelleinrichtung 1 beziehungsweise der zur Verstellung und Rückstellung des Stellelements 4 notwendige Stellfluidfluss ergibt sich aus den 6b und 7b. In der 6b ist analog zur 5b dargestellt, dass das Stellfluid durch die erste Stellfluidleitung 30 von der Verteilerleitung 47 zu den Strömungstaschen 39 und damit in die ersten Teilstellkammern 14 (hier nicht erkennbar) gelangt. Auf diese Weise wird das Verstellen des Stellelements 4 erreicht. Aus der 7b geht dagegen hervor, auf welche Weise das Rückstellen des Stellelements 4 erreicht werden kann. Dabei werden die zweiten Stellfluidleitungen 31 mit Fluid beaufschlagt, wodurch das Stellfluid durch die Strömungstaschen 39 hindurch in die zweiten Teilstellkammern 15 (hier nicht erkennbar) gelangen kann. Es ist auch erkennbar, dass mehrere zweite Stellfluidleitungen 31 vorhanden sind, welche jeweils in axialer Richtung – bezüglich des Stellelements 4 – gegeneinander versetzt vorliegen. Zur besseren Unterscheidung werden in der 7b die nicht unmittelbar über die Verteilerleitung 47 mit Stellfluid beaufschlagten zweiten Stellfluidleitungen 31 mit 31' bezeichnet. Die Stellfluidleitungen 31 und 31' sind beidseitig der ersten Stellfluidleitungen 30 (welche in 7b nicht erkennbar ist) angeordnet, wobei sie vorzugsweise jeweils den gleichen Abstand zu dieser aufweisen. Die zweiten Stellfluidleitungen 31 und 31' sind also symmetrisch hinsichtlich der ersten Stellfluidleitung 30 angeordnet. Dies kann jedoch auch lediglich für die zweiten Stellfluideinlässe 29 (hier nicht unmittelbar erkennbar) in Bezug auf den ersten Stellfluidanschluss 28 und nicht für die Stellfluidleitungen 31 beziehungsweise 31' gelten. Um ein Rückstellen des Stellelements 4 zu erreichen, ist es unerheblich, ob die Stellfluidleitungen 31 oder 31' mit dem Stellfluid beaufschlagt werden, da diese über die Strömungstaschen 39 ohnehin miteinander in Strömungsverbindung stehen. Bei einer solchen Ausbildung des Stellelements 4 liegt es als Wendebauteil 41 vor, da es unabhängig von seiner Einbaurichtung stets auf dieselbe Weise angesteuert werden kann.
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Die 8 zeigt eine Brennkraftmaschine 2, welche hier als V-Motor ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Brennkraftmaschine 2 zwei Zylinderbänke 48 aufweist, welche zueinander V-förmig angeordnet sind. Jede Zylinderbank 48 verfügt über eine Auslassnockenwelle 49 und über eine Einlassnockenwelle 50. Dabei ist jeder der Auslassnockenwellen 49 und jeder der Einlassnockenwelle 50 jeweils eine Stelleinrichtung 1 zugeordnet. Dabei deutet der Pfeil 45 jeweils die Drehrichtung und der Pfeil 46 jeweils die Verstellrichtung an, für welche die Stelleinrichtung 1 ausgelegt sein muss. Es zeigt sich, dass zur Realisierung der Brennkraftmaschine 2 vier unterschiedliche Konfigurationen der Stelleinrichtung 1 notwendig sind. Diese können auf einfache Weise aus Gleichteilen zusammengebaut werden, wenn das Stellelement 4 und/oder die Rückstelleinrichtung 17 als Wendebauteile 41 beziehungsweise 42 ausgebildet sind. Das bedeutet, dass alle für die Brennkraftmaschine 2 benötigten Stelleinrichtungen 1 aus denselben Bauteilen, insbesondere denselben Stellelementen 4 und denselben Rückstelleinrichtungen 17, aufgebaut sein können. Daraus ergibt sich unmittelbar, dass diese in größerer Stückzahl und mit weniger Variationen hergestellt werden müssen, woraus sich ein Kostenvorteil ergibt.
