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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 103 55 560 A1 ist bereits eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle, mit zumindest einer Aktuatorvorrichtung, die zur Verstellung der Phasenlage dazu vorgesehen ist, ein Stellelement zu betätigen, und mit einem Gehäuse, das zumindest eine Aufnahme für die zumindest eine Aktuatorvorrichtung ausbildet und dazu vorgesehen ist, die zumindest eine Aktuatorvorrichtung an einem Brennkraftmaschinengehäuse zu befestigen, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine besonders vorteilhafte und kostengünstige Nockenwellenverstellvorrichtung bereitzustellen, die insbesondere ein geringes Gewicht und einen geringen Bauraumbedarf aufweist. Sie 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 Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle, mit zumindest einer Aktuatorvorrichtung, die zur Verstellung der Phasenlage dazu vorgesehen ist, ein Stellelement zu betätigen, und mit einem Gehäuse, das zumindest eine Aufnahme für die zumindest eine Aktuatorvorrichtung ausbildet und dazu vorgesehen ist, die zumindest eine Aktuatorvorrichtung an einem Brennkraftmaschinengehäuse zu befestigen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Aktuatorvorrichtung funktional in das Gehäuse integriert ist. Dadurch kann der zumindest eine Aktuator besonders einfach und mit einer geringen Bauteilezahl befestigt werden, wodurch insbesondere eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem geringen Gewicht und einem geringen Bauraumbedarf bereitgestellt werden kann. Unter einer „Phasenlage” soll insbesondere ein Winkel einer relativen Verdrehung zwischen zumindest einer 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 einer „Nockenwellenverstellvorrichtung” soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage aktiv zu verstellen und/oder die zur Verstellung der Phasenlage von einer Steuer- und/oder Regeleinheit angesteuert wird. Unter einer „Verstellung der Phasenlage” soll insbesondere ein aktiver Vorgang, d. h. ein Vorgang, der mit extern, beispielsweise mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit, angesteuerter Aktuatorik durchgeführt wird, verstanden werden. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden. Unter „funktional in das Gehäuse integriert” soll insbesondere verstanden werden, dass die zumindest eine Aktuatorvorrichtung erst funktionstüchtig ist, wenn sie in die dafür vorgesehene Aufnahme des Gehäuses eingebaut ist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse aus einem magnetisch nichtleitenden Material ausgebildet ist. Dadurch kann die Aktuatorvorrichtung besonders vorteilhaft ohne einen magnetischen Isolator in das Gehäuse eingebaut werden. Unter einem „magnetisch nichtleitenden Material” soll insbesondere ein Material verstanden werden, das einen magnetischen Fluss unterbricht und nicht leitet.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse eine Lagerstelle aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Lagerung für das Stellelement bereitzustellen. Dadurch kann das Stellelement besonders vorteilhaft gelagert werden und die Nockenwellenverstellvorrichtung insbesondere kompakt ausgestaltet werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Aktuatorvorrichtung ein Innenjoch und ein Außenjoch aufweist, die dazu vorgesehen sind, unabhängig in dem Gehäuse eingebaut zu werden. Dadurch kann die Aktuatorvorrichtung besonders vorteilhaft elektromechanisch ausgebildet werden, wodurch ein besonders vorteilhafter elektromechanischer Nockenwellenversteller bereitgestellt werden kann. Unter einem „Innenjoch” soll insbesondere ein Element aus einem magnetisch leitenden Material verstanden werden, dass zur Leitung eines magnetischen Flusses vorgesehen ist. Unter einem „Außenjoch” soll insbesondere ein Element aus einem magnetisch leitenden Material verstanden werden, das zur Leitung eines magnetischen Flusses vorgesehen ist.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse das Innenjoch und das Außenjoch mechanisch miteinander verbindet. Dadurch kann die Aktuatorvorrichtung besonders einfach und kompakt ausgebildet werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Lagerstelle ein Lagerelement und zumindest ein auf dem Lagerelement angeordnetes Lager, insbesondere ein Wälzlager aufweist, die zumindest zur Lagerung des Stellelements vorgesehen sind. Dadurch kann das Stellelement besonders vorteilhaft gelagert werden und insbesondere eine kompakte Aktuatorvorrichtung bereitgestellt werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Aktuatorvorrichtung einen Stator aufweist, der einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Dadurch kann die Aktuatorvorrichtung besonders vorteilhaft und kompakt ausgebildet werden.
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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 eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung in einer schematischen Darstellung und
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung in einer schematischen Darstellung.
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Die 1 zeigt eine Nockenwellenverstellvorrichtung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine in einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine umfasst eine nicht näher dargestellte Nockenwelle, die mittels einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle angetrieben wird und in einem nicht näher dargestellten Brennkraftmaschinengehäuse drehbar gelagert ist. Die Nockenwelle ist dazu vorgesehen, Einlassventile der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zu betätigen. Die Nockenwelle zur Betätigung der Einlassventile ist als eine Einlassnockenwelle ausgebildet. Die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine weist eine zweite, nicht näher dargestellte Nockenwelle auf, die dazu vorgesehen ist, nicht näher dargestellte Auslassventile der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zu betätigen. Die Nockenwelle zur Betätigung der Auslassventile ist als eine Auslassnockenwelle ausgebildet. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine lediglich eine Nockenwelle aufweist, die zur Betätigung der Einlassventile und der Auslassventile der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Nockenwellen sind jeweils mittels eines Kettenantriebs mit der Kurbelwelle verbunden. Eine Drehzahl einer der Nockenwellen ist dabei jeweils halb so groß wie eine Drehzahl der Kurbelwelle. Die Nockenwellenverstellvorrichtung bildet eine elektromagnetische Nockenwellenverstellvorrichtung aus. Die Nockenwellenverstellvorrichtung ist jeweils zur Verstellung einer Phasenlage der Nockenwellen vorgesehen. Zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle umfasst die Nockenwellenverstellvorrichtung jeweils eine Aktuatorvorrichtung 10a und eine nicht näher dargestellte Verstellgetriebeeinheit. Nachfolgend wird nur die Aktuatorvorrichtung 10a und die Verstellgetriebeeinheit zur Verstellung der Nockenwelle beschrieben, die zur Betätigung der Einlassventile der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist.
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Zur Verstellung der Phasenlage umfasst die Nockenwellenverstellvorrichtung die nicht näher dargestellte Verstellgetriebeeinheit. Zur Übertragung eines Drehmoments weist die Verstellgetriebeeinheit mehrere, nicht näher dargestellte Verstellgetriebeelemente auf. Die Verstellgetriebeeinheit ist beispielsweise als ein 3-Wellen-Minus-Summiergetriebe ausgebildet. Dabei sind die Verstellgetriebeelemente als ein Sonnenrad, ein Hohlrad und ein Planetenradträger ausgebildet. Grundsätzlich ist auch eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Verstellgetriebeeinheit denkbar. Ein Verstellgetriebeelement der nicht näher dargestellten Verstellgetriebeeinheit ist dabei beispielsweise über einen Kettentrieb mit der Kurbelwelle verbunden. Eins der drei Verstellgetriebeelemente ist drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Das dritte Verstellgetriebeelement ist drehfest mit einem Stellelement 11a der Nockenwellenverstellvorrichtung gekoppelt. Über das mit dem Stellelement 11a gekoppelte Verstellgetriebeelement kann eine Phasenlage zwischen dem mit der Kurbelwelle verbundenen Verstellgetriebeelement und dem mit der Nockenwelle verbundenen Verstellgetriebeelement variiert werden.
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Zur Anbindung der Aktuatorvorrichtung 10a an die Verstellgetriebeeinheit bzw. das Brennkraftmaschinengehäuse weist die Nockenwellenverstellvorrichtung ein Gehäuse 12a auf. Das Gehäuse 12a ist zur Aufnahme der zumindest einen Aktuatorvorrichtung 10a vorgesehen. Die Aktuatorvorrichtung 10a ist funktional in das Gehäuse 12a integriert. Dadurch ist die Aktuatorvorrichtung 10a erst funktionsfähig, sobald sie mit dem Gehäuse 12a korrekt an dem Brennkraftmaschinengehäuse befestigt ist. Das Gehäuse 12a ist aus einem magnetisch nichtleitenden Material ausgebildet. Das Gehäuse 12a ist zweiteilig ausgebildet und weist ein Zwischengehäuse 20a und einen Abschlussdeckel 21a auf.
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Das Zwischengehäuse 20a und der Abschlussdeckel 21a sind mechanisch trennbar miteinander verbunden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Gehäuse 12a einstückig ausgebildet ist und das Zwischengehäuse 20a und der Abschlussdeckel 21a permanent fest miteinander verbunden sind. Der Abschlussdeckel 21a bildet einen elektrischen Steckkontakt 22a aus, über den die Aktuatorvorrichtung 10a für einen Betrieb mit einem Strom versorgt werden kann. Dabei ist der Steckkontakt 22a elektrisch mit der Aktuatorvorrichtung 10a verbunden. Zur Lagerung des Stellelements 11a weist das Gehäuse 12a eine Lagerstelle 14a auf. Die Lagerstelle 14a wird von dem Abschlussdeckel 21a ausgebildet. Die Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst ein Wälzlager 18a mit dem das Stellelement 11a in der Lagerstelle 14a gelagert ist. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass auf die Lagerung des Stellelements 11a in dem Gehäuse 12a verzichtet werden kann.
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Zur Verstellung der Phasenlage weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Aktuatorvorrichtung 10a auf. Die Aktuatorvorrichtung 10a ist als ein elektro-mechanischer Aktuator ausgebildet. Dabei weist die als elektromechanischer Aktuator ausgebildete Aktuatorvorrichtung 10a ein Innenjoch 15a und ein Außenjoch 16a auf. Das Innenjoch 15a und das Außenjoch 16a werden unabhängig voneinander in das Gehäuse 12a eingebaut. Das Gehäuse 12a weist zur Aufnahme des Innenjochs 15a und des Außenjochs 16a jeweils eine Aufnahme 13a für das Innenjoch 15a und eine Aufnahme 28a für das Außenjoch 16a auf. Die Aufnahmen 13a, 28a sind jeweils zur formschlüssigen Aufnahme des Innenjochs 15a bzw. des Außenjochs 16a vorgesehen. Die jeweilige Aufnahme ist korrespondierend zu dem Innenjoch 15a bzw. dem Außenjoch 16a ausgebildet. Das Außenjoch 16a und das Innenjoch 153 sind aus einem metallisch leitenden Material hergestellt. Über das Gehäuse 12a sind das Außenjoch 16a und das Innenjoch 15a mechanisch miteinander verbunden. Durch das Gehäuse 12a sind das Außenjoch 16a und das Innenjoch 15a definiert zueinander angeordnet. Sind das Außenjoch 16a und das Innenjoch 15a in das Gehäuse 12a eingebaut können sie keine Relativbewegung zueinander ausführen. Zur Erzeugung eines Bremsmoments zur Verstellung der Phasenlage weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Bremsscheibe 23a auf. Die Bremsscheibe 23a ist drehfest mit dem Stellelement 11a verbunden. Das Stellelement 11a und die Bremsscheibe 23a sind einstückig miteinander ausgebildet. Die Bremsscheibe 23a steht in permanentem Reibkontakt mit dem Außenjoch 16a. Dabei bildet das Außenjoch 16a und die Bremsscheibe 23a jeweils eine Bremswirkfläche aus. Über die Bremswirkflächen des Außenjochs 16a und der Bremsscheibe 23a kann eine Bremskraft aufgebaut werden, mittels der das Stellelement 11a, das fest mit der Bremsscheibe 23a verbunden ist, abgebremst werden kann. Dadurch kann ein Drehzahlverhältnis zwischen dem mit der Kurbelwelle verbundenen Verstellgetriebeelement und dem mit der Nockenwelle verbundenen Verstellgetriebeelement variiert werden.
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Zur Erzeugung der Bremskraft umfasst die Aktuatorvorrichtung 10a einen Permanentmagneten 24a. Der Permanentmagnet 24a ist zwischen dem Außenjoch 16a und dem Innenjoch 15a angeordnet. Der Permanentmagnet 24a erzeugt einen magnetischen Fluss, der von dem Außenjoch 16a über die Bremsscheibe 23a in das Innenjoch 15a und von dort zurück zu dem Permanentmagneten 24a fließt oder umgekehrt. Durch den magentischen Fluss werden die Bremswirkfläche des Außenjochs 16a und die Bremswirkfläche der Bremsscheibe 23a gegeneinander gedrückt, wodurch die Bremskraft entsteht. Die Stärke der Bremskraft ist dabei proportional zu dem magnetischen Fluss der zwischen dem Außenjoch 16a und der Bremsscheibe 23a fließt.
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Zur Veränderung des von dem Permanentmagneten 24a erzeugten magnetischen Flusses und dadurch zur Veränderung der Bremskraft weist die Aktuatorvorrichtung 10a eine Spule 25a auf. Die Spule 25a weist zur Erzeugung eines magnetischen Flusses mehrere, nicht näher dargestellte Windungen auf, die zur Erzeugung des magnetischen Flusses mit einem Strom versorgt werden. Der von der Spule 25a erzeugte magnetische Fluss wirkt dem von dem Permanentmagneten 24a erzeugten magnetischen Fluss entgegen. Dadurch wird die Bremskraft bei zunehmender Bestromung der Spule 25a verringert.
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Weiter bildet das Gehäuse 12a eine nicht näher dargestellte Aufnahme für die Aktuatorvorrichtung der zweiten Nockenwelle, die zur Betätigung der Auslassventile vorgesehen ist, aus. Die Aktuatorvorrichtung der zweiten Nockenwelle ist dabei ebenfalls funktional in des Gehäuse 12a integriert. Dabei ist das Gehäuse 12a in dem Bereich der Aktuatorvorrichtung der zweiten Nockenwelle identisch ausgebildet wie im Bereich der oben beschriebenen Aktuatorvorrichtung 10a der ersten Nockenwelle. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Aktuatorvorrichtung der zweiten Nockenwelle ein separates Gehäuse aufweist, das grundsätzlich identisch ausgebildet ist wie das Gehäuse 12a der Aktuatorvorrichtung 10a. Dabei können sich Details, wie beispielsweise eine Geometrie der Anbindungspunkte, oder andere, für die Funktion unwesentliche Details der beiden Gehäuse 12a unterscheiden.
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In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 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 des ersten Ausführungsbeispiels, insbesondere der 1, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der 1 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 2 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 verwiesen werden.
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Die 2 zeigt eine Nockenwellenverstellvorrichtung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine umfasst eine nicht näher dargestellte Nockenwelle, die mittels einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle angetrieben wird und in einem nicht näher dargestellten Brennkraftmaschinengehäuse drehbar gelagert ist. Die Nockenwellenverstellvorrichtung ist zur Verstellung einer Phasenlage der Nockenwellen vorgesehen. Zur Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle umfasst die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Aktuatorvorrichtung 10b und eine nicht näher dargestellte Verstellgetriebeeinheit. Zur Übertragung eines Drehmoments weist die Verstellgetriebeeinheit mehrere, nicht näher dargestellte Verstellgetriebeelemente auf. Eines der Verstellgetriebeelemente ist drehfest mit einem Stellelement 11b der Nockenwellenverstellvorrichtung gekoppelt. Über das mit dem Stellelement 11b gekoppelte Verstellgetriebeelement kann eine Phasenlage zwischen den anderen zwei Verstellgetriebeelementen variiert werden.
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Zur Anbindung der Aktuatorvorrichtung 10b an die Verstellgetriebeeinheit bzw. das Brennkraftmaschinengehäuse weist die Nockenwellenverstellvorrichtung ein Gehäuse 12b auf. Das Gehäuse 12b ist zur Aufnahme der zumindest einen Aktuatorvorrichtung 10b vorgesehen. Dazu weist das Gehäuse 12b eine Aufnahme 13b auf, die die Aktuatorvorrichtung 10b aufnimmt. Das Gehäuse 12b ist aus einem magnetisch nichtleitenden Material ausgebildet. Das Gehäuse 12b weist eine Lagerstelle 14b auf, die dazu vorgesehen ist, eine Lagerung für das Stellelement 11b bereitzustellen. Die Lagerstelle 14b umfasst ein Lagerelement 17b das als eine Lagerachse ausgebildet ist. Das Lagerelement 17b ist drehfest mit dem Gehäuse 12b verbunden. Auf dem Lagerelement 17b sind zwei Wälzlager 18b, 19b angeordnet.
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Die Aktuatorvorrichtung 10b ist funktional in das Gehäuse 12b integriert. Die Aktuatorvorrichtung 10b ist als ein Elektromotor ausgebildet. Die als Elektromotor ausgebildete Aktuatorvorrichtung 10b umfasst einen Stator 26b und einen Rotor 27b. Der Stator 26b ist mittels der Aufnahme 13b in das Gehäuse 12b integriert. Der Stator 26b ist mittels der Aufnahme 13b fest mit dem Gehäuse 12b verbunden. Dabei ist der Stator 26b einstückig mit dem Gehäuse 12b ausgebildet. Der Stator 26b besteht aus einer Spule, deren Windungen während einer Herstellung des Gehäuses 12b, beispielsweise während eines Gussverfahrens, in das Gehäuse 12b integriert werden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Stator 26b während einer Montage der Aktuatorvorrichtung 10b, beispielsweise durch eine Klebeverbindung oder durch eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Verbindungsmethode, drehfest mit dem Gehäuse 12b verbunden wird. Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben weist das Gehäuse 12b ebenfalls eine Aufnahme für eine zweite Aktuatorvorrichtung einer zweiten Nockenwelle auf.
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Der Rotor 27b der Aktuatorvorrichtung 10b ist mittels der Wälzlager 18b, 19b und des Lagerelements 17b drehbar zu dem Gehäuse 12b und damit auch drehbar zu dem Stator 26b gelagert. Der Rotor 27b ist einstückig mit dem Stellelement 11b ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Rotor 27b und das Stellelement 11b getrennt voneinander ausgebildet sind und während einer Montage der Aktuatorvorrichtung 10b mechanisch trennbar und drehfest miteinander verbunden werden. Während eines Montagevorgangs der Aktuatorvorrichtung 10b wird der Rotor 27b auf die Wälzlager 18b, 19b der Lagerstelle aufgeschoben. Dann wird die Aktuatorvorrichtung 10b mittels des Gehäuses 12b an das Brennkraftmaschinengehäuse montiert. Erst nachdem das Gehäuse 12b mit der Aktuatorvorrichtung 10b an das Brennkraftmaschinengehäuse montiert ist, ist die Aktuatorvorrichtung 10b funktionsfähig.
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Zur Verstellung der Phasenlage wird der Stator 26b der Aktuatorvorrichtung 10b mit einem elektrischen Strom versorgt. Durch den durch die Spule des Stators 26b fließenden Stroms erzeugt der Stator 26b ein Magnetfeld, durch das der drehbar gelagerte Rotor 27b in eine Drehung versetzt wird. Dadurch wird das drehfest mit dem Rotor 27b verbundene Stellelement 11b ebenfalls in Rotation versetzt. Bei einer definierten Neutraldrehzahl des Stellelements 11b wird eine Phasenlage der Nockenwelle nicht verstellt. Dazu wird die als Elektromotor ausgebildete Aktuatorvorrichtung 10b mit einer bestimmten Drehzahl betrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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