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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2004 043 548 A1 ist bereits eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Einstellung einer Phasenlage zwischen zumindest einer Kurbelwelle und zumindest einer Nockenwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem mechanischen Freilauf zur passiven Einstellung der Phasenlage auf eine Notlaufposition, der dazu vorgesehen ist, ein Wechselmoment lediglich in eine Sperrrichtung zu übertragen, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine einfache Stellvorrichtung bereitzustellen, die die Phasenlage zuverlässig einstellt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Stellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage zwischen zumindest einer Kurbelwelle und zumindest einer Nockenwelle, mit zumindest einem mechanischen Freilauf zur passiven Einstellung der Phasenlage zumindest auf eine Notlaufposition und/oder eine Grundposition, der dazu vorgesehen ist, ein Wechselmoment lediglich in eine Sperrrichtung zu übertragen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Stellvorrichtung zumindest eine Kupplungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, für eine aktive Verstellung der Phasenlage die passive Einstellung der Phasenlage zu unterbinden. Dadurch kann besonders einfach eine bedarfsgerechte passive Einstellung der Phasenlage zumindest auf die Notlaufposition und/oder auf die Grundposition realisiert werden, bei dem der Freilauf bei Bedarf mittels der Kupplungseinheit zugeschaltet werden kann, wodurch eine Beeinträchtigung der aktiven Verstellung der Phasenlage vermieden werden kann. Dadurch kann eine einfache Stellvorrichtung, insbesondere eine einfache Nockenwellenverstellvorrichtung, bereitgestellt werden, die die Phasenlage passiv oder aktiv zuverlässig einstellt.
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Unter einem „zugeschalteten Freilauf” soll insbesondere ein aktiver Freilauf und somit ein funktionsfähiger und/oder in der Wirkung aktivierter Freilauf verstanden werden und/oder ein Freilauf durch den ein Kraftfluss erfolgen kann. Unter einer „Phasenlage” soll insbesondere ein Winkel einer relativen Verdrehung zwischen zumindest zwei Wellen, insbesondere zwischen der zumindest einen Kurbelwelle und der zumindest einen Nockenwelle, verstanden werden, insbesondere um wenigstens Ventilbetätigungszeiten an verschiedene Betriebsbereiche, wie beispielsweise Volllast, Teillast und/oder Leerlauf, des Verbrennungsmotors anzupassen. Unter einem „Freilauf” soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die ein Drehmoment zwischen zumindest zwei Elementen lediglich in eine Sperrrichtung überträgt und in eine zur Sperrrichtung entgegengesetzt ausgerichtete Freilaufrichtung eine Übertragung eines Drehmoments verhindert. Unter einer „Sperrrichtung” soll insbesondere eine Drehrichtung verstanden werden, in die eine relative Verdrehung zwischen den zumindest zwei Elementen verhindert ist. Unter einer „Freilaufrichtung” soll insbesondere eine Drehrichtung verstanden werden, in die eine relative Verdrehung zwischen den zumindest zwei Elementen ermöglicht ist. Unter „passiv” soll insbesondere ein selbstständiger Vorgang, d. h. ein Vorgang, der ohne eine extern, beispielsweise mittels einer Steuer- und/oder Regeleinheit, angesteuerte Aktuatorik durchgeführt wird, verstanden werden. Unter „aktiv” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, der mit einer extern, beispielsweise mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit, angesteuerten Aktuatorik durchgeführt wird. Unter einer „Notlaufposition” soll insbesondere eine Phasenlage verstanden werden, die für einen Notlauf des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, der beispielsweise bei einer defekten aktiven Verstellung der Phasenlage notwendig ist. Unter einer „Grundposition” soll insbesondere eine Phasenlage verstanden werden, die für andere besondere Betriebszustände, wie beispielsweise für einen Motorstartvorgang, vorgesehen ist. Die Grundposition ist vorzugsweise als eine Motorstartposition ausgebildet. Unter einer „Motorstartposition” soll insbesondere eine Phasenlage verstanden werden, die für einen Motorstartvorgang des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Unter einem „Motorstartvorgang” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, in dem der Verbrennungsmotor, ausgehend von einem Motorstillstand, zum Laufen gebracht wird und/oder bei dem der Verbrennungsmotor ausgehend von einer Drehzahl Null auf eine Startdrehzahl gebracht wird. Unter einem „Wechselmoment” soll insbesondere ein Momentenverlauf mit gegensätzlichen Amplituden verstanden werden, der insbesondere an der Nockenwelle anliegt und/oder durch eine Ventilbetätigung durch die Nockenwelle verursacht wird. Unter „unterbinden” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Kupplungseinheit für die aktive Verstellung der Phasenlage einen Kraftfluss durch den Freilauf unterbricht und/oder verhindert. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem „Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinheit bezüglich eines Kraftflusses vor und/oder hinter dem Freilauf angeordnet ist. Dadurch kann eine bezüglich eines Kraftflusses in Reihe mit dem Freilauf geschaltete Kupplungseinheit bereitgestellt gestellt werden, wodurch eine vorteilhafte Anordnung der Kupplungseinheit gefunden und die Stellvorrichtung insbesondere an einen vorhandenen Bauraum angepasst werden kann. Unter einem „Kraftfluss” soll insbesondere ein von der Nockenwelle ausgehender Kraftfluss verstanden werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kupplungseinheit formschlüssig ausgebildet. Dadurch kann eine besonders einfache und sichere Zuschaltung des Freilaufs realisiert werden. Unter ”formschlüssig” soll insbesondere eine lösbare Verbindung verstanden werden, wobei eine Haltekraft zwischen zwei Elementen vorzugsweise durch einen geometrischen Eingriff der Elemente ineinander übertragen wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinheit zumindest ein Formschlusselement aufweist, das mit zumindest einem Teil des Freilaufs wenigstens verbunden ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Kupplungseinheit bereitgestellt werden. Unter „wenigstens verbunden” soll insbesondere untrennbar fest verbunden verstanden werden. Unter „untrennbar” soll insbesondere verstanden werden, dass eine zerstörungsfreie Trennung unmöglich ist.
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Besonders bevorzugt ist die Kupplungseinheit zumindest teilweise einstückig mit dem Freilauf ausgebildet. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte und platzsparende Verbindung des Formschlusselements der Kupplungseinheit mit dem Teil des Freilaufs realisiert werden. Unter „einstückig” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Teil des Freilaufs das Formschlusselement ausbildet und/oder das Teil des Freilaufs und das Formschlusselement beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss ausgebildet sind und/oder das Formschlusselement als eine Ausnehmung in dem Teil des Freilaufs ausgebildet ist.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Stellvorrichtung zumindest ein zur aktiven Verstellung der Phasenlage vorgesehenes Summiergetriebe aufweist, das zumindest ein mit zumindest einem Teil der Kupplungseinheit zumindest verbundenes Sonnenrad aufweist. Dadurch kann eine besonders platzsparende Kupplungseinheit bereitgestellt werden. Unter einem „Summiergetriebe” soll insbesondere ein Getriebe verstanden werden, das wenigstens ein mit einem Planetenradträger verbundenes Planetenrad aufweist, das in radialer Richtung nach außen mit einem Hohlrad und in radialer Richtung nach innen mit dem Sonnenrad kämmend verbunden ist. Grundsätzlich kann der Teil der Kupplungseinheit zusätzlich oder alternativ mit dem Planetenradträger oder mit dem Hohlrad zumindest verbunden sein.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Kupplungseinheit zumindest ein Formschlusselement aufweist, das einstückig mit dem Sonnenrad ausgebildet Ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte und platzsparende Verbindung des Formschlusselements der Kupplungseinheit mit dem Sonnenrad realisiert werden. Unter „einstückig” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Sonnenrad das Formschlusselement ausbildet und/oder das Sonnenrad und das Formschlusselement beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss ausgebildet sind und/oder das Formschlusselement als eine Ausnehmung in dem Sonnenrad ausgebildet ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Sonnenrad eine Verzahnung aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Formschlusselement auszubilden und gleichzeitig mit zumindest einem Planetenrad zu kämmen. Dadurch kann die Verzahnung des Sonnenrads, die zur kämmenden Verbindung in dem Summiergetriebe vorgesehen ist, gleichzeitig als das Formschlusselement der Kupplungseinheit genutzt werden, wodurch die Stellvorrichtung vereinfacht werden kann. Unter einer „Verzahnung, die das Formschlusselement ausbildet” soll insbesondere eine Verzahnung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zur Zuschaltung des Freilaufs in ein korrespondierendes Formschlusselement der Kupplungseinheit formschlüssig einzugreifen.
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Besonders bevorzugt ist das Sonnenrad zur Schaltung der Kupplungseinheit zumindest teilweise axial verschiebbar angeordnet. Dadurch kann die Kupplungseinheit besonders einfach geschaltet werden. Unter einer „Schaltung der Kupplungseinheit” sollen insbesondere die Zuschaltung des Freilaufs und eine Abschaltung des Freilaufs mittels der Kupplungseinheit verstanden werden. Unter einem „abgeschalteten Freilauf” soll insbesondere ein inaktiver Freilauf und somit ein funktionsunfähiger und/oder in der Wirkung deaktivierter Freilauf verstanden werden und/oder ein Freilauf durch den ein Kraftfluss unterbunden ist und damit nicht stattfinden kann.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Kupplungseinheit reibschlüssig ausgebildet. Dadurch kann eine vorteilhafte Kupplungseinheit bereitgestellt werden. Unter ”reibschlüssig” soll dabei insbesondere eine lösbare Verbindung verstanden werden, wobei eine Haltekraft zwischen den zwei Elementen vorzugsweise durch eine Reibkraft zwischen den Elementen übertragen wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Freilauf als ein Klemmkörperfreilauf ausgebildet ist, der dazu vorgesehen ist, das Wechselmoment zumindest im Wesentlichen kraft- und/oder reibschlüssig zu übertragen. Dadurch kann eine energiesparende Stellvorrichtung mit einer geringen Schrittweite bereitgestellt werden, wodurch zumindest die Notlaufposition und/oder die Grundposition der Nockenwelle unabhängig von einer Drehzahl der Nockenwelle sicher eingestellt werden kann. Dadurch kann das Wechselmoment, insbesondere das Wechselmoment der Nockenwelle, besonders einfach zur selbstständigen Einstellung zumindest der Notlaufposition und/oder der Grundposition genutzt werden, wodurch eine einfache Stellvorrichtung bereitgestellt werden kann, die zumindest die Notlaufposition und/oder die Grundposition der Nockenwelle zuverlässig einstellt. Unter einem „Klemmkörperfreilauf” soll insbesondere ein Freilauf verstanden werden, der zur Abstützung des Wechselmoments in die Sperrrichtung dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Elemente mittels zumindest einem dritten Element, das zwischen den anderen zwei Elementen angeordnet ist, miteinander zu verklemmen und somit drehmomentübertragbar zu verbinden. Unter „zumindest im Wesentlichen kraft- und/oder reibschlüssig” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass zumindest zwei Elemente hauptsächlich kraft- und/oder reibschlüssig, insbesondere durch ein drittes Element, miteinander verbunden sind.
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Ferner wird ein Nockenwellenversteller zur Verstellung einer Phasenlage zwischen zumindest einer Kurbelwelle und zumindest einer Nockenwelle mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung vorgeschlagen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung gefunden werden.
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Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung kann außer zur Verstellung von Nockenwellen von Verbrennungsmotoren auch zur Verstellung, insbesondere zur Einstellung der Phasenlage von anderen Wellen, die ein Wechselmoment aufweisen, wie beispielsweise Stellwellen zur Einstellung einer Verdichtung oder einer Ventilhubfunktion eines Verbrennungsmotors, dienen. Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung kann somit zur variablen Verdichtung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in einem Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Dabei nutzt die Stellvorrichtung ein Wechselmoment, das aus Gas- und Massenkräften von einem Kolben und/oder einem Pleuel des Verbrennungsmotors, die sich zumindest teilweise auf einer Stellwelle der Stellvorrichtung abstützen, resultiert. Weiter kann die Stellvorrichtung zur Ventilhubverstellung von Ventilen des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Dabei nutzt die Stellvorrichtung ein Wechselmoment, das aus Gas- und Massenkräften eines Ventiltriebs des Verbrennungsmotors, der sich zumindest teilweise auf einer Stellwelle der Stellvorrichtung abstützt, resultiert. Eine solche Stellvorrichtung kann als Notlaufverstellvorrichtung und/oder als Aktuator zum Verstellen im Normalbetrieb dienen.
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Außerdem wird ein Verfahren zur Einstellung zumindest einer Phasenlage einer mit einem Wechselmoment beaufschlagten Welle, insbesondere einer Phasenlage zwischen zumindest einer Kurbelwelle und zumindest einer Nockenwelle, mittels einer Stellvorrichtung, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung, vorgeschlagen, bei dem zur passiven Einstellung der Phasenlage zumindest auf eine Notlaufposition und/oder eine Grundposition mittels eines Freilaufs ein Wechselmoment lediglich in eine Sperrrichtung übertragen wird, wobei für eine aktive Verstellung der Phasenlage mittels einer Kupplungseinheit die passive Einstellung der Phasenlage unterbunden wird. Dadurch kann eine Beeinträchtigung der aktiven Verstellung verhindert werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind drei 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 schematisch eine Stellvorrichtung mit einem mechanischen Freilauf und einer für den Freilauf vorgesehenen Kupplungseinheit in einem offenen Zustand,
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2 die Stellvorrichtung mit der Kupplungseinheit in einem geschlossenen Zustand,
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3 der Freilauf in einem Querschnitt,
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4 schematisch eine Stellvorrichtung mit einer alternativ ausgebildeten Kupplungseinheit in einem offenen Zustand,
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5 teilweise eine Stellvorrichtung in einem Längschnitt mit einer Kupplungseinheit in einem offenen Zustand eines dritten Ausführungsbeispiels und
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6 ein Sonnenrad und einen Freilauf der Stellvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels in einer Explosionsdarstellung.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Nockenwellenversteller mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Die Stellvorrichtung ist als eine Wellenstellvorrichtung ausgebildet. Die Stellvorrichtung ist als eine Nockenwellenverstellvorrichtung ausgebildet. Sie ist als eine Kraftfahrzeugnockenwellenverstellvorrichtung ausgebildet. Die Stellvorrichtung ist zur Einstellung einer Phasenlage zwischen einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und einer Nockenwelle 10a des Verbrennungsmotors vorgesehen. Zur passiven Einstellung der Phasenlage auf eine Notlaufposition der Nockenwelle 10a weist die Stellvorrichtung einen mechanischen Freilauf 11a auf, der ein in einem Betrieb auftretendes Wechselmoment der Nockenwelle 10a lediglich in eine Sperrrichtung 12a abstützt und damit überträgt. Zur Einstellung der Notlaufposition stellt der Freilauf 11a die Phasenlage „Früh” zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 10a ein. Grundsätzlich kann der Freilauf 11a alternativ oder zusätzlich auch zur passiven Einstellung der Phasenlage auf eine Motorstartposition der Nockenwelle 10a vorgesehen werden.
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Der Freilauf 11a weist einen Innenring 18a und einen Außenring 19a auf. Der Innenring 18a ist als eine Freilaufhülse ausgebildet. Der Außenring 19a ist als eine Freilaufwelle ausgebildet. Der Freilauf 11a ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Klemmkörperfreilauf ausgebildet, der das in dem Betrieb auftretende Wechselmoment kraftschlüssig überträgt. Grundsätzlich kann der Freilauf 11a auch als ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Freilauf ausgebildet werden, wie beispielsweise als ein formschlüssiger Freilauf.
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Zur Bereitstellung einer Klemmkraft und damit einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Innenring 18a und dem Außenring 19a weist der Freilauf 11a mehrere Klemmkörper 20a auf. Die Klemmkörper 20a verklemmen in die Sperrrichtung 12a den Innenring 18a und den Außenring 19a miteinander. Sie verklemmen den Innenring 18a und den Außenring 19a bei einer Drehbewegung des Innenrings 18a gegen Uhrzeigersinn (bezüglich der 3) und damit bei einer Drehbewegung des Innenrings 18a in die Sperrrichtung 12a. Bei einer Drehbewegung des Innenrings 18a in Uhrzeigersinn (bezüglich der 3) und damit bei einer Drehbewegung des Innenrings 18a in eine Freilaufrichtung 21a erlauben die Klemmkörper 20a eine relative Verdrehung des Innenrings 18a zu dem Außenring 19a. Die Klemmkörper 20a sind zwischen dem Innenring 18a und dem Außenring 19a angeordnet. Sie umgeben den Innenring 18a gleichmäßig. Die Klemmkörper 20a sind in einem montierten Zustand ständig, d. h. in dem gesamten Betrieb der Stellvorrichtung, aber auch wenn die Stellvorrichtung außer Betrieb ist, zwischen dem Innenring 18a und dem Außenring 19a angeordnet. Der Innenring 18a und der Außenring 19a sind relativ zueinander axial verschiebefest angeordnet. Die Klemmkörper 20a sind als Rollen ausgebildet. Grundsätzlich können die Klemmkörper 20a auch als andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Klemmkörper ausgebildet werden, wie beispielsweise als Kugeln.
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Zur Realisierung der Sperrrichtung 12a und der Freilaufrichtung 21a weist der Außenring 19a mehrere Klemmkörperaufnahmen 22a auf. Eine Anzahl der Klemmkörperaufnahmen 22a entspricht dabei einer Anzahl der Klemmkörper 20a. Jeweils ein Klemmkörper 20a ist in jeweils einer Klemmkörperaufnahme 22a angeordnet. Die Klemmkörperaufnahmen 22a sind gleichmäßig auf einem Innenumfang des Außenrings 19a angeordnet. Sie sind auf einer dem Innenring 18a zugewandten Seite des Außenrings 19a angeordnet. Da die Klemmkörperaufnahmen 22a analog zueinander ausgebildet sind, wird lediglich die Klemmkörperaufnahme 22a näher beschrieben.
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Die Klemmkörperaufnahme 22a ist als eine schräge Rampe ausgebildet. Zu einem Ende hin der Klemmkörperaufnahme 22a verringert sich ein Abstand zum Innenring 18a, wodurch ein Keilspalt ausgebildet ist. Dadurch führt die Drehbewegung des Innenrings 18a in die Sperrrichtung 12a durch eine Keilwirkung zu einem Blockieren des Freilaufs 11a, wodurch der Innenring 18a und der Außenring 19a kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Zu einem anderen Ende hin der Klemmkörperaufnahme 22a vergrößert sich der Abstand zum Innenring 18a, wodurch bei der Drehbewegung des Innenrings 18a in die Freilaufrichtung 21a der Klemmkörper 20a lose zwischen dem Innenring 18a und dem Außenring 19a liegt und die Klemmkraft aufgehoben ist. Grundsätzlich können die Klemmkörperaufnahmen 22a auch auf einem Außenumfang des Innenrings 18a angeordnet sein. Außerdem ist es denkbar, zur Realisierung der Sperrrichtung 12a und der Freilaufrichtung 21a zusätzlich oder alternativ eine Kippbewegung der Klemmkörper 20a zu verwenden um dadurch eine effektive Bauhöhe in Wirkrichtung zu erhöhen.
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Zur Unterstützung des Blockierens in die Sperrrichtung 12a und damit zur Unterstützung einer Bereitstellung der Klemmkraft ist der Freilauf 11a federbelastet ausgebildet. Der Freilauf 11a weist dazu mehrere in Umfangsrichtung wirkende Federelemente 23a auf. Eine Anzahl der Federelemente 23a entspricht dabei einer Anzahl der Klemmkörper 20a. Die Federelemente 23a sind in jeweils einer Klemmkörperaufnahme 22a angeordnet. Sie sind jeweils mit einem Ende an dem Außenring 19a befestigt und mit einem anderen Ende lose. Jeweils ein Federelement 23a drückt jeweils einen Klemmkörper 20a in Richtung der schrägen Rampe der Klemmkörperaufnahme 22a. Die Federelemente 23a sind jeweils als eine Blattfeder ausgebildet. Der Freilauf 11a ist drehrichtungsgemäß so angeordnet, dass die Nockenwelle 10a durch eine durch das Wechselmoment der Nockenwelle 10a resultierende Drehbewegung in die Freilaufrichtung 21a in die Notlaufposition und damit in die Phasenlage „Früh” selbstständig verstellt wird, wobei eine durch das Wechselmoment der Nockenwelle 10a resultierende zurückdrehende Drehbewegung in die Sperrrichtung 12a verhindert wird.
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Zur bedarfsweisen Abschaltung und Zuschaltung des Freilaufs 11a weist die Stellvorrichtung eine Kupplungseinheit 13a auf. Die Kupplungseinheit 13a ist bezüglich eines Kraftflusses in Reihe mit dem Freilauf 11a geschaltet. Die Kupplungseinheit 13a ist in dem Kraftfluss, der durch das Wechselmoment der Nockenwelle 10a resultiert und in die Sperrrichtung 12a gegenüber der Kurbelwelle durch den Freilauf 11a abgestützt wird, vor dem Freilauf 11a angeordnet. Für eine aktive Verstellung der Phasenlage unterbindet die Kupplungseinheit 13a die passive Einstellung der Phasenlage mittels des Freilaufs 11a. Die Kupplungseinheit 13a schaltet den Freilauf 11a für die aktive Verstellung der Phasenlage ab und verhindert dadurch eine Abstützung des Wechselmoments durch den Freilauf 11e. Sie hebt eine Wirkung des Freilaufs 11a für die aktive Verstellung auf. Zur Unterbindung der passiven Einstellung der Phasenlage durch den Freilauf 11a unterbricht die Kupplungseinheit 13a einen Kraftfluss durch den Freilauf 11a. Sie verhindert den Kraftfluss durch den Freilauf 11a um die passive Einstellung der Phasenlage mittels des Freilaufs 11a zu unterbinden. Zur Abschaltung des Freilaufs 11a verhindert die Kupplungseinheit 13a eine Abstützung des Wechselmoments durch den Freilauf 11a und zur Zuschaltung des Freilaufs 11a stellt die Kupplungseinheit 13a die Abstützung des Wechselmoments durch den Freilauf 11a her. Grundsätzlich kann die Kupplungseinheit 13a in dem Kraftfluss auch hinter dem Freilauf 11a angeordnet werden.
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Die Kupplungseinheit 13a ist formschlüssig ausgebildet. Sie stellt die Wirkung des Freilaufs 118 formschlüssig her. Die Kupplungseinheit 13a schaltet den Freilauf 11a formschlüssig. Die Kupplungseinheit 13a ist teilweise einstückig mit dem Freilauf 11a ausgebildet. Ein Teil der Kupplungseinheit 13a ist einstückig mit einem Teil des Freilaufs 11a ausgebildet. Sie sind als ein und dasselbe Bauteil ausgebildet. Die Kupplungseinheit 13a weist ein Formschlusselement 24a auf, das mit dem Innenring 18a des Freilaufs 11a einstückig ausgebildet ist. Der Innenring 18a bildet das Formschlusselement 24a der Kupplungseinheit 13a aus. Das Formschlusselement 24a ist auf einer Stirnseite des Innenrings 18a angeordnet. Es verläuft auf der Stirnseite um einen Umfang des Innenrings 18a. Das Formschlusselement 24a und damit der Innenring 18a weist eine Verzahnung 25a auf. Die Verzahnung 25a des Formschlusselements 24a ist als eine Stirnverzahnung des Innenrings 18a ausgebildet. Grundsätzlich kann das Formschlusselement 24a auch nur mit dem Innenring 18a verbunden sein.
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Zur Zuschaltung des Freilaufs 11a weist die Kupplungseinheit 13a ein weiteres Formschlusselement 26a auf. Das Formschlusselement 26a ist korrespondierend zu dem Formschlusselement 24a ausgebildet. Das Formschlusselement 26a ist zur Zu- und Abschaltung des Freilaufs 11a axial verschiebbar angeordnet. Es ist entlang einer Rotationsachse 27a des Formschlusselements 26a axial verschiebbar angeordnet. Die Rotationsachse 27a entspricht einer Rotationsachse des Innenrings 18a und des Außenrings 19a. Das Formschlusselement 26a weist ebenfalls eine Verzahnung 28a auf. Die Verzahnung 28a des Formschlusselements 26a und die Verzahnung 25a des Formschlusselements 24a und damit des Innenrings 18a sind korrespondierend zueinander ausgebildet. Die Verzahnung 28a ist als eine Stirnverzahnung des Formschlusselements 26a ausgebildet. Die Verzahnungen 25a, 28a der Formschlusselemente 24a, 26a sind einander zugewandt. Zur Zuschaltung des Freilaufs 11a und damit zur Aktivierung des Freilaufs 11a greift die Verzahnung 28a des Formschlusselements 26a durch die axiale Verschiebung in die Verzahnung 25a des Formschlusselements 24a und damit des Innenrings 18a ein. Zur Abschaltung des Freilaufs 11a und damit zur Deaktivierung des Freilaufs 11a greift die Verzahnung 28a des Formschlusselements 26a durch eine entgegengesetzte axiale Verschiebung aus der Verzahnung 25a des Formschlusselements 24a und damit des Innenrings 18a.
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Zur aktiven Verstellung der Phasenlage weist die Stellvorrichtung ein Summiergetriebe 14a auf. Das Summiergetriebe 14a verbindet drehmomentübertragbar die Kurbelwelle mit der Nockenwelle 10a. Das Summiergetriebe 14a ist als ein 3-Wellen-Minus-Summiergetriebe ausgebildet. Es ist als ein einstufiges Planetenradgetriebe ausgebildet. Das Summiergetriebe 14a weist ein fest mit dem Formschlusselement 26a der Kupplungseinheit 13a verbundenes Sonnenrad 15a auf. Das Sonnenrad 15a ist zur Schaltung der Kupplungseinheit 13a bezüglich der Rotationsachse 27a axial verschiebbar angeordnet. Das Sonnenrad 15a ist zur Zuschaltung des Freilaufs 11a mittels der Kupplungseinheit 13a axial verschiebbar angeordnet. Das Sonnenrad 15a ist als ein Stelleingang des Summiergetriebes 14a ausgebildet. Somit ist das Formschlusselement 26a der Kupplungseinheit 13a fest mit dem Stelleingang des Summiergetriebes 14a verbunden. Das Sonnenrad 15a und das Formschlusselement 26a sind fest und beabstandet zueinander auf einer Sonnenwelle 29a des Summiergetriebes 14a angeordnet. Das Formschlusselement 26a der Kupplungseinheit 13a ist axial zwischen dem Innenring 18a des Freilaufs 11a und dem Sonnenrad 15a des Summiergetriebes 14a angeordnet. Die Kupplungseinheit 13a ist bezüglich eines Kraftflusses, der von der Nockenwelle 10a über das Sonnenrad 15a auf den Freilauf 11a verläuft, zwischen dem Sonnenrad 15a und dem Innenring 18a des Freilaufs 11a angeordnet. Das Formschlusselement 26a überträgt ein Drehmoment von dem Sonnenrad 15a auf das Formschlusselement 24a und damit auf den Innenring 18a. Es verbindet das Sonnenrad 15a formschlüssig mit dem Innenring 18a. Die Sonnenwelle 29a ist als eine Stellwelle des Summiergetriebes 14a ausgebildet.
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Das Summiergetriebe 14a weist weiter einen fest mit dem Außenring 19a verbundenen Planetenradträger 30a auf. Der Planetenradträger 30a und somit der Außenring 19a ist drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle verbunden. Er wird mittels der Kurbelwelle angetrieben. Der Planetenradträger 30a ist mittels eines Kettenrads an die Kurbelwelle angebunden. Der Planetenradträger 30a führt Planetenräder um die Rotationsachse 27a, die mit dem Sonnenrad 153 kämmen. Der Planetenradträger 30a ist als ein Eingang des Summiergetriebes 14a ausgebildet. Somit ist der Außenring 19a fest mit dem Eingang des Summiergetriebes 14a verbunden. Der Freilauf 11a ist somit wirkungsmäßig zwischen dem Eingang und dem Stelleingang des Summiergetriebes 14a angeordnet. Zur Zuschaltung des Freilaufs 11a ist die Kupplungseinheit 13a somit dazu vorgesehen, das Sonnenrad 15a und damit den Stelleingang über den Freilauf 11a mit dem Planetenradträger 30a und somit dem Eingang zu verbinden.
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Das Summiergetriebe 14a weist außerdem ein Hohlrad 31a auf. Das Hohlrad 31a ist fest mit der Nockenwelle 10a verbunden. Das Hohlrad 31a treibt die Nockenwelle 10a an. Es kämmt mit den Planetenrädern des Summiergetriebes 14a. Das Hohlrad 31a ist als ein Ausgang des Summiergetriebes 14a ausgebildet. Grundsätzlich kann der Freilauf 11a zusätzlich oder alternativ wirkungsmäßig zwischen dem Stelleingang und dem Ausgang des Summiergetriebes 14a angeordnet werden.
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Zur aktiven Verstellung der Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 10a weist die Stellvorrichtung eine aktive Verstelleinheit 32a auf. Die Verstelleinheit 32a ist zur Schaltung der Kupplungseinheit 13a vorgesehen. Sie ist zur Abschaltung des Freilaufs 11a mittels der Kupplungseinheit 13a vorgesehen. Die Verstelleinheit 32a schaltet in einem Normalbetrieb den Freilauf 11a durch axiales Verschieben des Formschlusselements 26a der Kupplungseinheit 13a ab (vgl. 1). Sie schiebt axial die Verzahnung 28a zur Abschaltung des Freilaufs 11a aus der Verzahnung 25a. Die Verstelleinheit 32a weist zur Schaltung der Kupplungseinheit 13a einen Elektromagneten 33a auf. Der Elektromagnet 33a verschiebt zur Abschaltung des Freilaufs 11a das Formschlusselement 26a axial gegen den Freilauf 11a. Er schiebt das Formschlusselement 26a zur Abschaltung des Freilaufs 11a axial von dem Freilauf 11a weg.
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Zur aktiven Verstellung der Phasenlage in dem Normalbetrieb weist die Verstelleinheit 32a eine mechanische Bremseinheit 34a auf. Der zur Schaltung der Kupplungseinheit 13a vorgesehene Elektromagnet 33a betätigt die Bremseinheit 34a. Die Bremseinheit 34a weist den Elektromagnet 33a auf. Der Elektromagnet 33a ist als ein Stator der Bremseinheit 34a ausgebildet und ist somit drehfest angeordnet. Zur Bereitstellung eines Bremsmoments weist die Bremseinheit 34a eine Bremsscheibe 35a auf, die durch den Elektromagneten 33a gegen ein Gegenstück 36a, das ebenfalls den Stator bildet, zur Erzeugung des Bremsmoments gedrückt wird. Die Bremsscheibe 35a ist fest mit dem Formschlusselement 26a der Kupplungseinheit 13a und damit mit dem Sonnenrad 15a verbunden. Die Bremsscheibe 35a ist fest auf der Sonnenwelle 29a angeordnet. Sie ist als ein Anker der Bremseinheit 34a ausgebildet. Der Elektromagnet 33a stellt somit ein Bremsmoment bereit, das die Phasenlage aktiv einstellt und gleichzeitig den Freilauf 11a über die Kupplungseinheit 13a abschaltet. Die Verstelleinheit 32a ist als eine elektromagnetische Verstelleinheit ausgebildet. Grundsätzlich kann das Formschlusselement 26a axial auch zwischen der Bremsscheibe 35a und dem Innenring 18a angeordnet werden.
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Zur automatischen bzw. passiven Zuschaltung des Freilaufs 11a mittels der Kupplungseinheit 13a in einem Notlauf weist die Stellvorrichtung ein axial wirkendes Federelement 37a auf. Das Federelement 37a verschiebt zur Zuschaltung des Freilaufs 11a das Formschlusselement 26a der Kupplungseinheit 13a axial gegen den Freilauf 11a. Es schiebt das Formschlusselement 26a zur Zuschaltung des Freilaufs 11a axial in Richtung Freilauf 11a. Das Federelement 37a schiebt axial die Verzahnung 28a zur Zuschaltung des Freilaufs 11a in die Verzahnung 25a. Das Federelement 37a aktiviert den Freilauf 11a mittels der Kupplungseinheit 13a bei einer defekten Verstelleinheit 32a (vgl. 2). Es ist dazu vorgesehen, die Bremsscheibe 35a von dem Statur und damit von dem Gegenstück 36a zu drücken. Das Federelement 37a stellt eine axial wirkende Kraft auf das Sonnenrad 15a bereit, die das Sonnenrad 15a und damit das Formschlusselement 26a der Kupplungseinheit 13a axial in Richtung Freilauf 11a verschiebt, wenn die Verstelleinheit 32a defekt ist und eine auf die Bremsscheibe 35a wirkende Anziehungskraft des Elektromagneten 33a kleiner ist als eine Federkraft des Federelements 37a. Das Federelement 37a ist als eine Druckfeder ausgebildet. Grundsätzlich kann die Zuschaltung des Freilaufs 11a per Kupplungseinheit 13a auch aktiv und somit zielgerichtet erfolgen, wodurch die Notlaufposition bzw. die Motorstartposition und damit die Phasenlage „Früh” bei besonderen Betriebszuständen, wie beispielsweise bei Abstellen eines Verbrennungsmotors, bei geringen Drehzahlen des Verbrennungsmotors, bei geringen Temperaturen des Verbrennungsmotors und/oder Ähnlichem bewusst eingestellt werden kann.
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In dem Normalbetrieb, d. h. bei funktionsfähiger aktiver Verstellung der Phasenlage und damit bei einer funktionsfähigen Verstelleinheit 32a, wodurch eine aktive Regelung der Phasenlage möglich ist (vgl. 1), zieht der Elektromagnet 33a die Bremsscheibe 35a gegen das Gegenstück 36a, wodurch das Formschlusselement 26a axial von dem Innenring 18a geschoben und somit beabstandet zu diesem angeordnet ist. Dadurch unterbindet die Kupplungseinheit 13a für die aktive Verstellung der Phasenlage die passive Einstellung der Phasenlage durch den Freilauf 11a, in dem die Kupplungseinheit 13a eine Abstützung des Wechselmoments durch den Freilauf 11a verhindert, wodurch der Freilauf 11a wirkungslos ist. Der Freilauf 11a ist abgeschaltet. Dabei ist das Federelement 37a vorgespannt und wirkt gegen die Anziehungskraft des Elektromagneten 33a, Auch bei einem Bremsmoment von Null stellt der Elektromagnet 33a durch entsprechende Bestromung eine Anziehungskraft bereit, die größer ist als die entgegen wirkende Federkraft des Federelements 37a, wodurch die Bremsscheibe 35a weiter an dem Gegenstück 36a anliegt und der Freilauf 11a abgeschaltet ist. Der Freilauf 11a wird mittels der Kupplungseinheit 13a erst zugeschaltet, wenn der Elektromagnet 33a vollständig stromlos ist.
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In dem Notlauf, d. h. bei funktionsunfähiger aktiver Verstellung der Phasenlage und damit bei einer funktionsunfähigen Verstelleinheit 32a, in dem sich der Elektromagnet 33a in eifern unbestromten Zustand befindet, ist die Federkraft des Federelements 37a größer als die Anziehungskraft des Elektromagneten 33a. Das Federelement 37a schiebt selbstständig das Formschlusselement 26a der Kupplungseinheit 13a axial in Richtung Freilauf 11a und drückt das Formschlusselement 26a gegen den Innenring 18a, wodurch die Verzahnungen 25a, 28a ineinander greifen und sich ein Formschluss zwischen dem Formschlusselement 26a und dem Innenring 18a bildet. Dadurch ermöglicht die Kupplungseinheit 13a die passive Einstellung der Phasenlage durch den Freilauf 11a, in dem die Kupplungseinheit 13a eine Abstützung des Wechselmoments durch den Freilauf 11a herstellt, wodurch der Freilauf 11a in seiner Wirkung aktiviert ist. Der Freilauf 11a ist zugeschaltet. Dabei drückt das Federelement 37a die Bremsscheibe 35a von dem Gegenstück 36a und schaltet die Kupplungseinheit 13a zur Zuschaltung des Freilaufs 11a selbstständig. Durch das Wechselmoment an der Nockenwelle 10a resultiert eine Pendelbewegung des Sonnenrads 15a bzw. des Stelleingangs relativ zum Planetenradträger 30a bzw. zum Eingang, die kraftschlüssig von dem Freilauf 11a in die Sperrrichtung 12a abgestützt wird, wodurch die Notlaufposition der Nockenwelle 10a und damit die Phasenlage „Früh” der Nockenwelle 10a selbstständig schrittweise eingestellt wird.
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Grundsätzlich kann die Stellvorrichtung zur aktiven Verstellung der Phasenlage einen Drehaktor aufweisen, der beispielweise eine hydraulische Verstelleinheit, wie zum Beispiel einen Flügelzellenversteller, ausbildet. Dabei wäre der Freilauf 11a wirkungsmäßig zwischen einen Eingang, der mit der Kurbelwelle verbunden ist, wie beispielsweise ein Kettenrad, und einen Ausgang, der mit der Nockenwelle 10a verbunden ist, angeordnet.
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In den 4 bis 6 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 durch die Buchstaben b und c in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der 4 bis 6 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden.
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In der 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung, die eine alternativ ausgebildete Kupplungseinheit 13b aufweist, dargestellt. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die Kupplungseinheit 13b reibschlüssig ausgebildet. Sie stellt eine Wirkung eines Freilaufs 11b reibschlüssig her. Die Kupplungseinheit 13b schaltet den Freilauf 11b reibschlüssig. Die Kupplungseinheit 13b weist ein Reibschlusselement 38b auf, das mit einem Innenring 18b des Freilaufs 11b einstückig ausgebildet ist. Der Innenring 18b bildet das Reibschlusselement 38b der Kupplungseinheit 13b aus. Das Reibschlusselement 38b ist auf einer Stirnseite des Innenrings 18b angeordnet. Es verläuft auf der Stirnseite um einen Umfang des Innenrings 18b. Das Reibschlusselement 38b und damit der Innenring 18b weist eine Reibfläche 39b auf. Grundsätzlich kann das Reibschlusselement 38b auch nur mit dem Innenring 18b verbunden sein.
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Zur Zuschaltung des Freilaufs 11b weist die Kupplungseinheit 13b ein weiteres Reibschlusselement 40b auf. Das Reibschlusselement 40b ist korrespondierend zu dem Reibschlusselement 39b ausgebildet. Das Reibschlusselement 40b ist zur Zu- und Abschaltung des Freilaufs 11b axial verschiebbar angeordnet. Es ist entlang einer Rotationsachse 27b des Reibschlusselements 40b axial verschiebbar angeordnet. Das Reibschlusselement 40b weist ebenfalls eine Reibfläche 41b auf. Die Reibflächen 39b, 41b sind einander zugewandt. Das Reibschlusselement 40b ist fest mit einem Sonnenrad 15b eines Summiergetriebes 14b, das zur aktiven Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle 10b vorgesehen ist, verbunden. Das Reibschlusselement 40b ist fest und beabstandet zu dem Sonnenrad 15b auf einer Sonnenwelle 29b angeordnet. Zur Zuschaltung des Freilaufs 11b und damit zur Aktivierung des Freilaufs 11b liegen die Reibschlusselemente 39b, 41b durch die axiale Verschiebung aneinander, wodurch der Innenring 18b reibschlüssig mit dem Reibschlusselement 40b und damit mit dem Sonnenrad 15b verbunden ist.
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In den 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung, die eine Kupplungseinheit 13c aufweist, dargestellt. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist ein Teil der Kupplungseinheit 13c einstückig mit einem Teil eines Freilaufs 11c und ein anderer Teil der Kupplungseinheit 13c einstückig mit einem Teil eines Summiergetriebes 14c ausgebildet. Grundsätzlich können die Teile der Kupplungseinheit 13c jeweils mit dem Teil des Freilaufs 11c bzw. mit dem Teil des Summiergetriebes 14c auch nur verbunden sein.
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Ein Teil der Kupplungseinheit 13c ist einstückig mit einem Sonnenrad 15c des Summiergetriebes 14c ausgebildet. Die Kupplungseinheit 13c weist ein Formschlusselement 16c auf, das einstückig mit dem Sonnenrad 15c ausgebildet ist. Das Formschlusselement 16c weist eine Verzahnung 17c auf, die einer Verzahnung des Sonnenrads 15c entspricht. Das Sonnenrad 15c weist somit eine Verzahnung 17c auf, die das Formschlusselement 16c ausbildet und gleichzeitig mit zumindest einem Planetenrad des Summiergetriebes 14c kämmt und damit in Wirkverbindung steht. Zur Ausbildung der Verzahnung 17c des Formschlusselements 16c ist die Verzahnung 17c als eine verlängerte Verzahnung des Sonnenrads 15c ausgebildet. Das Sonnenrad 15c und damit das Formschlusselement 16c sind fest auf einer Sonnenwelle 29c angeordnet und mit dieser entlang einer Rotationsachse 27c axial verschiebbar. Grundsätzlich können die Verzahnungen 17c des Sonnenrads 15c und des Formschlusselements 16c auch unterschiedlich und/oder lediglich miteinander verbunden sein.
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Ein anderer Teil der Kupplungseinheit 13c ist einstückig mit einem Innenring 18c des Freilaufs 11c, der mittels Klemmkörper 20c mit einem Außenring 19c verklemmbar ist, ausgebildet. Die Kupplungseinheit 13c weist ein weiteres Formschlusselement 24c auf, das einstückig mit dem Innenring 18c ausgebildet ist. Das Formschlusselement 24c und damit der Innenring 18c weist eine Verzahnung 25c auf, die als eine Stirnverzahnung auf dem Innenring 18c ausgebildet ist. Die Verzahnung 25c ist korrespondierend zu der Verzahnung 17c des Sonnenrads 15c ausgebildet. Sie ist bezüglich zu der Verzahnung 17c des Sonnenrads 15c als eine Negativverzahnung ausgebildet. Zur Zuschaltung des Freilaufs 11c und damit zur Aktivierung des Freilaufs 11c greift die Verzahnung 17c des Sonnenrads 15c durch eine axiale Verschiebung in die Verzahnung 25c des Innenrings 18c ein, wodurch der Innenring 18c und das Sonnenrad 15c formschlüssig miteinander verbunden sind und das Sonnenrad 15c gleichzeitig mit den Planetenrädern kämmt und mit dem Innenring 18c verbunden ist. Zur Abschaltung des Freilaufs 11c greift die Verzahnung 17c des Sonnerrads 15c durch eine entgegengesetzte axiale Verschiebung aus der Verzahnung 25c des Innenrings 18c, wodurch der Formschluss zwischen dem Sonnenrad 15c und dem Innenring 18c aufgelöst ist und das Sonnenrad 15c lediglich mit den Planetenrädern kämmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004043548 A1 [0002]
