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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2004 015 655 A1 ist bereits eine Stellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Nockenwellenverstellvorrichtung, mit einem Abtriebselement und einem Antriebselement, das zum Antrieb zumindest des Abtriebselements vorgesehen ist, und mit einer Aktoreinheit, die dazu vorgesehen ist, für einen Normalbetrieb eine Phasenlage zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement mittels eines Wechselmoments einzustellen, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, Kosten der Stellvorrichtung zu reduzieren. 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, mit einem Abtriebselement und einem Antriebselement, das zum Antrieb zumindest des Abtriebselements vorgesehen ist, und mit einer Aktoreinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest für einen Normalbetrieb eine Phasenlage zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement mittels eines Wechselmoments einzustellen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Aktoreinheit einen mechanischen Freilauf aufweist, der in Reihe zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement geschaltet ist. Dadurch kann das Wechselmoment, insbesondere das Wechselmoment des Abtriebselements, ohne ein Getriebe zu einer Einstellung der Phasenlage für den Normalbetrieb, für einen Notfallbetrieb und/oder für einen Motorstart genutzt werden, wodurch eine einfache Stellvorrichtung, insbesondere eine einfache Nockenwellenverstellvorrichtung, bereitgestellt werden kann, die die Phasenlage zuverlässig einstellt. Durch die Einstellung der Phasenlage ohne ein Getriebe können Kosten der Stellvorrichtung reduziert werden. Vorzugsweise ist die Aktoreinheit getriebelos ausgebildet. Vorteilhafterweise stellt die Aktoreinheit die Phasenlage auf zumindest einen Wert passiv ein. Die Aktoreinheit stellt vorzugsweise die Phasenlage auf zumindest einen Wert passiv ein, wenn eine aktive Verstellung der Phasenlage ausfällt und damit insbesondere bei einem abgestellten Verbrennungsmotor und/oder in einem Fehlerfall und/oder in einem Notlauf, um insbesondere einen Betrieb des Verbrennungsmotors bei einem Fehlerfall aufrechtzuerhalten und/oder einen Motorstart des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Vorzugsweise stellt die Aktoreinheit die Phasenlage auf zumindest einen anderen Wert aktiv ein. Unter einem „Normalbetrieb” soll insbesondere ein Betrieb einer fehlerfreien und/oder vollfunktionsfähigen Stelvorrichtung verstanden werden. Vorzugsweise ist in dem Normalbetrieb eine Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder eine Stromversorgung funktionstüchtig. Unter einem „Notfallbetrieb” soll insbesondere ein Betrieb einer fehlerhaften und/oder einer teilweise funktionsunfähigen Stellvorrichtung verstanden werden. Vorzugsweise ist in dem Notfallbetrieb die Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder die Stromversorgung funktionsuntüchtig und/oder defekt. Unter einer „Phasenlage” soll insbesondere ein Winkel einer relativen Verdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement verstanden werden, um beispielsweise wenigstens Ventilbetätigungszeiten an verschiedene Betriebsbereiche, wie beispielsweise Volllast, Teillast und/oder Leerlauf, des Verbrennungsmotors anzupassen. Unter einem „Wechselmoment” soll insbesondere ein Momentenverlauf mit gegensätzlichen Amplituden verstanden werden, der insbesondere an dem Abtriebselement, wie beispielsweise an einer Nockenwelle, anliegt und/oder durch eine Ventilbetätigung insbesondere durch das als Nockenwelle ausgebildete Abtriebselement verursacht wird. Unter einem „in Reihe zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement geschalteten Freilauf soll insbesondere verstanden werden, dass der Freilauf entlang eines Kraftflusses von dem Antriebselement auf das Abtriebselement zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordnet ist. Unter „passiv” soll insbesondere ein selbstständiger und/oder stromloser Vorgang, d. h. ein Vorgang, der ohne eine extern, beispielsweise mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit, angesteuerte Aktuatorik durchgeführt wird und/oder der unabhängig von der Steuer- und/oder Regeleinheit ist, verstanden werden. Unter „aktiv” soll insbesondere ein strombehafteter Vorgang verstanden werden, der mit extern, beispielsweise mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit, angesteuerter Aktuatorik durchgeführt wird und/oder abhängig von der Steuer- und/oder Regeleinheit ist. 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.
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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 das Antriebselement, das Abtriebselement und der Freilauf in einem ungeteilten Leistungsfluss in Reihe zueinander geschaltet sind. Dadurch kann eine besonders einfache Stellvorrichtung bereitgestellt werden. Unter „in einem ungeteilten Leistungsfluss in Reihe zueinander geschaltet” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Abzweigung und/oder eine Teilung des Kraftflusses zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement fehlt und/oder der gesamte Kraftfluss durch den Freilauf auf das Abtriebselement läuft.
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insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Aktoreinheit eine in Reihe zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordnete, schaltbare Kupplung aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Freilaufwirkung des Freilaufs zumindest teilweise aufzuheben. Dadurch kann besonders vorteilhaft auf ein Getriebe verzichtet werden und besonders kostengünstig die Phasenlage, insbesondere aktiv verstellt werden. Unter einer „in Reihe zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordneten Kupplung” soll insbesondere verstanden werden, dass die Kupplung entlang des Kraftflusses von dem Antriebselement auf das Abtriebselement zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement geschaltet ist. Unter einer „Freilaufwirkung” soll insbesondere ein Zustand des Freilaufs verstanden werden, der aktiv oder inaktiv ist. Unter einer „aufgehobenen Freilaufwirkung” soll insbesondere ein inaktiver Freilauf und somit ein funktionsunfähiger und/oder in der Wirkung deaktivierter Freilauf verstanden werden. Unter „zumindest teilweise aufgehoben” soll insbesondere eine teilweise hergestellte bzw. aufgelöste Freilaufwirkung und/oder eine mit einem Schlupf behaftete hergestellte Freilaufwirkung verstanden werden. Unter einer „hergestellten Freilaufwirkung” soll insbesondere ein aktiver Freilauf und somit ein funktionsfähiger und/oder in der Wirkung aktivierter Freilauf verstanden werden. Unter einer „schaltbaren Kupplung” soll insbesondere eine mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit steuer- und/oder regelbare Kupplung verstanden werden.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Freilauf zur Aufhebung und/oder zur Herstellung einer Freilaufwirkung schaltbar ausgebildet ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte, insbesondere aktive Verstellung der Phasenlage realisiert werden. Grundsätzlich sind alle schaltbaren Klemmkörperfreiläufe denkbar, wie beispielsweise hydraulisch, pneumatisch, mechanisch, elektrisch und/oder ähnlich schaltende Freiläufe.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Freilauf als ein Klemmkörperfreilauf ausgebildet ist, der dazu vorgesehen ist, zur Einstellung der Phasenlage das Wechselmoment zumindest im Wesentlichen kraft- und/oder reibschlüssig in eine Sperrrichtung abzustützen. Dadurch kann ein Freilauf mit einer geringen Schrittweite bereitgestellt werden, wodurch die Phasenlage zwischen dem Antriebselement und dem Antriebselement unabhängig von einer Drehzahl des Abtriebselements sicher eingestellt werden kann. 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 eines dritten Elements, das zwischen den anderen zwei Elementen angeordnet ist, miteinander zu verklemmen und somit drehmomentübertragend 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. Unter einer „Sperrrichtung” soll insbesondere eine Drehrichtung verstanden werden, in die eine relative Verdrehung zwischen zumindest zwei Elementen verhindert ist. Unter „abstützen” soll insbesondere eine Übertragung eines Moments bzw. einer Kraft von zumindest einem Element auf zumindest ein anderes Element verstanden werden.
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Außerdem 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, wodurch ein Nockenwellenversteller ohne ein Getriebe bereitgestellt werden kann. Dadurch kann ein kostengünstiger Nockenwellenversteller mit ungeteiltem Leistungsfluss realisiert 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 Verbrennungsmotor vorgesehen sein. Dabei nutzt die Stellvorrichtung ein Wechselmoment, des 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.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind vier 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 Stellvorrichtung mit einem Freilauf und einer reibschlüssigen Kupplung, wobei die reibschlüssige Kupplung zur Herstellung einer Freilaufwirkung des Freilaufs geschlossen ist,
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2 die Stellvorrichtung, wobei die reibschlüssige Kupplung zur Auflösung der Freilaufwirkung des Freilaufs geöffnet ist,
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3 den Freilauf in einem Querschnitt,
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4 eine alternativ ausgebildete Stellvorrichtung mit einem Freilauf und einer reibschlüssigen Kupplung, wobei die reibschlüssige Kupplung zur Herstellung einer Freilaufwirkung des Freilaufs geschlossen ist,
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Stellvorrichtung mit einem schaltbaren Freilauf, bei hergestellter Freilaufwirkung,
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6 die Stellvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels mit dem schaltbaren Freilauf, bei aufgehobener Freilaufwirkung,
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7 teilweise einen Querschnitt eines alternativ ausgebildeten, schaltbaren Freilaufs, bei hergestellter Freilaufwirkung und
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8 den schaltbaren Freilauf aus 7, bei aufgehobener Freilaufwirkung.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Nockenwellenversteller mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Der Nockenwellenversteller ist zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle vorgesehen. Die Stellvorrichtung ist als eine Wellenverstellvorrichtung ausgebildet. Die Stellvorrichtung ist als eine Nockenwellenverstellvorrichtung ausgebildet. Sie ist als eine Kraftfahrzeugnockenwellenverstellvorrichtung ausgebildet.
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Die Stellvorrichtung weist ein Abtriebselement 10a und ein Antriebselement 11a auf. Das Antriebselement 11a ist zum Antrieb des Abtriebselements 10a vorgesehen. Das Abtriebselement 10a ist als die Nockenwelle des Verbrennungsmotors ausgebildet. Das Antriebselement 11a verbindet die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehmomentübertragend mit dem Abtriebselement 10a. Das Antriebselement 11a ist drehbar auf dem Abtriebselement 10a gelagert. Das Antriebselement 11a ist als ein Kettenrad ausgebildet.
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Zur Einstellung der Phasenlage zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a mittels eines Wechselmoments des Abtriebselements 10a weist die Stellvorrichtung eine Aktoreinheit 12a auf. Die Aktoreinheit 12a ist zur Einstellung der Phasenlage für einen Normalbetrieb, für einen Notfallbetrieb und für einen Motorstart vorgesehen. Die Aktoreinheit 12a ist getriebelos ausgebildet. Sie weist kein Getriebe auf. Die Aktoreinheit 12a ist in Reihe zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a geschaltet. Sie weist einen ungeteilten Leistungsfluss auf. Die Aktoreinheit 12a stellt die Phasenlage auf einen Wert „Früh” passiv und die Phasenlage auf einen Wert „Spät” aktiv ein. Sie stellt die Phasenlage „Früh” für den Normalbetrieb, für den Notfallbetrieb und für den Motorstart passiv ein.
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Zur passiven und damit selbstständigen Einstellung der Phasenlage weist die Aktoreinheit 12a einen mechanischen Freilauf 13a auf, der in Reihe zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a geschaltet ist. Das Antriebselement 11a, das Abtriebselement 10a und der Freilauf 13a sind in einem ungeteilten Leistungsfluss in Reihe zueinander geschaltet. Ein Kraftfluss verläuft ausgehend von dem Antriebselement 11a durch den Freilauf 13a und von dem Freilauf 13a weiter auf das Abtriebselement 10a, ohne geteilt zu werden oder abzuzweigen. Der gesamte Kraftfluss von dem Antriebselement 11a auf das Abtriebselement 10a läuft über den Freilauf 13a.
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Der Freilauf 13a stellt die Phasenlage zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a ein, indem er das in einem Betrieb auftretende Wechselmoment des als Nockenwelle ausgebildeten Abtriebselements 10a lediglich in eine Sperrrichtung 15a abstützt und damit überträgt. Der Freilauf 13a ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Klemmkörperfreilauf ausgebildet, der zur Einstellung der Phasenlage das Wechselmoment kraftschlüssig in die Sperrrichtung 15a abstützt. Der als Klemmkörperfreilauf ausgebildete Freilauf 13a verfügt über eine kleine Schrittweite und führt auch bei hohen Anregungsfrequenzen und damit bei hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors noch Stellbewegungen aus. Der Freilauf 13a stützt das Wechselmoment in die Sperrrichtung 15a durch Verklemmen und somit durch eine Klemmkraft ab.
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Der Freilauf 13a weist ein Außenteil 16a, ein Innenteil 17a und mehrere zwischen dem Außenteil 16a und dem Innenteil 17a angeordnete Klemmkörper 18a auf. Die Klemmkörper 18a umgeben das Innenteil 17a gleichmäßig. Die Klemmkörper 18a verklemmen in die Sperrrichtung 15a das Innenteil 17a und das Außenteil 16a miteinander. Sie verklemmen das Innenteil 17a und das Außenteil 16a bei einer Drehbewegung des Innenteils 17a gegen Uhrzeigersinn (bezüglich der 3) und damit bei einer Drehbewegung des Innenteils 17a in die Sperrrichtung 15a. Bei einer Drehbewegung des Innenteils 17a in Uhrzeigersinn (bezüglich der 3) und damit bei einer Drehbewegung des Innenteils 17a in eine Freilaufrichtung 19a erlauben die Klemmkörper 18a eine relative Verdrehung des Innenteils 17a zu dem Außenteil 16a. Die Klemmkörper 18a sind als Rollen ausgebildet. Das Außenteil 16a umschließt die Klemmkörper 18a. Das Außenteil 16a ist als ein Außenring ausgebildet. Es ist als eine Freilaufhülse ausgebildet. Das Innenteil 17a ist als eine Innenwelle ausgebildet. Es ist einstückig mit dem Abtriebselement 10a ausgebildet. Das Abtriebselement 10a bildet das Innenteil 17a des Freilaufs 13a aus. Grundsätzlich können die Klemmkörper 18a auch als andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Klemmkörper ausgebildet sein, wie beispielsweise als Kugeln.
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Zur Realisierung der Sperrrichtung 15a und der Freilaufrichtung 19a weist das Außenteil 16a mehrere Klemmkörperaufnahmen 20a auf. Eine Anzahl der Klemmkörperaufnahmen 20a entspricht dabei einer Anzahl der Klemmkörper 18a. Jeweils ein Klemmkörper 18a ist in jeweils einer Klemmkörperaufnahme 20a angeordnet. Die Klemmkörperaufnahmen 20a sind gleichmäßig auf einem Innenumfang des Außenteils 16a angeordnet. Sie sind auf einer dem Innenteil 17a zugewandten Seite des Außenteils 16a angeordnet. Da die Klemmkörperaufnahmen 20a analog zueinander ausgebildet sind, wird lediglich die Klemmkörperaufnahme 20a näher beschrieben. Die Klemmkörperaufnahme 20a ist als eine schräge Rampe ausgebildet. Zu einem Ende der Klemmkörperaufnahme 20a hin verringert sich ein Abstand zum Innenteil 17a, wodurch ein Keilspalt ausgebildet ist. Dadurch führt die Drehbewegung des Innenteils 17a in die Sperrrichtung 15a durch eine Keilwirkung zu einem Blockieren des Freilaufs 13a, wodurch das Innenteil 17a und das Außenteil 16a kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Zu einem anderen Ende der Klemmkörperaufnahme 20a hin vergrößert sich der Abstand zum Innenteil 17a, wodurch bei der Drehbewegung des Innenteils 17a in die Freilaufrichtung 19a der Klemmkörper 18a lose zwischen dem Innenteil 17a und dem Außenteil 16a liegt und die Klemmkraft aufgehoben ist. Grundsätzlich können die Klemmkörperaufnahmen 20a auch auf einem Außenumfang des Innenteils 17a angeordnet sein. Außerdem ist es denkbar, zur Realisierung der Sperrrichtung 15a und der Freilaufrichtung 19a zusätzlich oder alternativ eine Kippbewegung der Klemmkörper 18a zu verwenden, um dadurch eine effektive Bauhöhe in Wirkrichtung zu erhöhen.
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Zur Unterstützung des Blockierens in die Sperrrichtung 158 und damit zur Unterstützung einer Bereitstellung der Klemmkraft ist der Freilauf 13a federbelastet ausgebildet. Der Freilauf 13a weist dazu mehrere in Umfangsrichtung wirkende Federelemente 21a auf. Eine Anzahl der Federelemente 21a entspricht dabei einer Anzahl der Klemmkörper 18a. Die Federelemente 21a sind in jeweils einer Klemmkörperaufnahme 20a angeordnet. Sie sind jeweils mit einem Ende an dem Außenteil 16a befestigt und mit einem anderer Ende lose. Jeweils ein Federelement 21a drückt jeweils einen Klemmkörper 18a in Richtung der schrägen Rampe der Klemmkörperaufnahme 20a. Die Federelemente 21a sind jeweils als eine Blattfeder ausgebildet. Der Freilauf 13a ist drehrichtungsgemäß so angeordnet, dass das Abtriebselement 10a durch eine aus dem Wechselmoment des Abtriebselements 10a resultierende Drehbewegung in die Freilaufrichtung 19a in die Phasenlage „Früh” passiv verstellt wird, wobei eine aus dem Wechselmoment des Abtriebselements 10a resultierende zurückdrehende Drehbewegung in die Sperrrichtung 15a verhindert wird. Der Freilauf 13a ist somit zur passiven Einstellung der Phasenlage in Richtung „Früh” vorgesehen, wodurch das Abtriebselement 10a dem Antriebselement 11a relativ vorauseilt. Er sorgt unter Wirkung der Wechselmomente des Abtriebselements 10a für eine ständige Stellbewegung in Richtung „Früh”. Grundsätzlich kann der Freilauf 13a auch formschlüssig ausgebildet sein. Der formschlüssig ausgebildete Freilauf 13a weist dabei zumindest eine Sperrklinke auf.
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Zur zeitweisen Aufhebung einer Freilaufwirkung des Freilaufs 13a weist die Aktoreinheit 12a eine in Reihe zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a angeordnete, schaltbare Kupplung 14a auf. Die Kupplung 14a ist zur aktiven Einstellung der Phasenlage zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a vorgesehen. Sie ist zur Einstellung der Phasenlage in Richtung „Spät” vorgesehen. Das Antriebselement 11a, das Abtriebselement 10a, der Freilauf 13a und die Kupplung 14a sind in einem ungeteilten Leistungsfluss in Reihe zueinander geschaltet. Der Kraftfluss verläuft ausgehend von dem Antriebselement 11a durch die Kupplung 14a auf den Freilauf 13a und von dem Freilauf 13a weiter auf das Abtriebselement 10a, ohne geteilt zu werden oder abzuzweigen. Die Kupplung 14a ist zur Auflösung des Freilaufs 13a vorgesehen. Die Kupplung 14a ist zur Auflösung und zur Herstellung der drehmomentübertragenden Verbindung zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a vorgesehen.
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Die Kupplung 14a ist bezüglich des Kraftflusses vor dem Freilauf 13a angeordnet. Die Kupplung 14a ist mit ihrem Kupplungseingang mit dem Antriebselement 11a und mit ihrem Kupplungsausgang mit dem Außenteil 16a des Freilaufs 13a verbunden. Die Kupplung 14a weist einen geschlossenen Zustand (vgl. 1) und einen geöffneten Zustand (vgl. 2) auf. In dem geschlossenen Zustand stellt die Kupplung 14a die Freilaufwirkung des Freilaufs 13a her und aktiviert damit den Freilauf 13a. In dem geöffneten Zustand löst die Kupplung 14a die Freilaufwirkung des Freilaufs 13a auf und deaktiviert damit den Freilauf 13a. Die Kupplung 14a ist reibschlüssig ausgebildet. Der Freilauf 13a und die Kupplung 14a bilden einen Aktor zur Einstellung einer Phasenlage zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a aus. Der Freilauf 13a und die Kupplung 14a werden als der Aktor zur Einstellung der Phasenlage verwendet. Sie werden als Aktor zum Einstellen und zum Verstellen der Phasenlage genutzt.
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Zu einer Begrenzung einer Stellgeschwindigkeit des Freilaufs 13a weist die Aktoreinheit 12a weiter eine nicht näher dargestellte Dämpfungseinheit auf. Die Dämpfungseinheit reduziert die Stellgeschwindigkeit des Freilaufs 13a bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors und damit des Antriebselements 11a bzw. des Abtriebselements 10a, da bei aktiviertem Freilauf 13a und niedriger Drehzahl die Phasenlage zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a sehr schnell in Richtung „Früh” verstellt wird. Die Dämpfungseinheit weist zumindest ein Dämpfungselement auf, das zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a angeordnet ist. Das zumindest eine Dämpfungselement weist eine geschwindigkeitsabhängige Dämpfungswirkung auf. Das zumindest eine Dämpfungselement ist als ein viskoses Dämpfungselement ausgebildet. Grundsätzlich kann das Dämpfungselement auch als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Dämpfungselement ausgebildet sein, wie beispielsweise als ein fliehkraftgeregeltes Dämpfungselement. Natürlich kann auf die Dämpfungseinheit auch verzichtet werden.
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Zur Schaltung der Kupplung 14a und damit zur aktiven Einstellung der Phasenlage weist die Stellvorrichtung eine nicht näher dargestellte Steuer- und Regeleinheit auf, die die Kupplung 14a betätigt. Die Steuer- und Regeleinheit ist dazu vorgesehen, mittels der Kupplung 14a die Freilaufwirkung des Freilaufs 13a zur Einstellung der Phasenlage zeitweilig aufzuheben. Sie hebt einen Kraftfluss zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a zur Einstellung der Phasenlage mittels der Kupplung 14a zeitweilig auf. Die Steuer- und Regeleinheit öffnet zur Aufhebung der Freilaufwirkung die Kupplung 14a. Zur Verstellung der Phasenlage betätigt die Steuer- und Regeleinheit die Kupplung 14a intermittierend. Die Steuer- und Regeleinheit öffnet und schließt die Kupplung 14a abwechselnd, wodurch das Wechselmoment bzw. ein mittleres Moment an dem Abtriebselement 10a die Phasenlage verstellt. Die Steuer- und Regeleinheit ist zur Einstellung der Phasenlage in Richtung „Spät” vorgesehen. Grundsätzlich kann die Steuer- und Regeleinheit dazu vorgesehen sein, auch eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende konstante Phasenlage zwischen dem Antriebselement 11a und dem Abtriebselement 10a einzustellen. Grundsätzlich kann die Steuer- und Regeleinheit zur Verstellung der Phasenlage die Kupplung 14a teilweise öffnen bzw. teilweise schließen und damit zur Verstellung der Phasenlage die Kupplung 14a schleifend und damit schlupfend betreiben oder betätigen.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist die Stellvorrichtung und damit der Nockenwellenversteller zwei Endphasenlagen eines Stellbereichs auf. Die Stellvorrichtung ist dazu vorgesehen, die zwei Endphasenlagen „Früh” und „Spät” einzustellen. Die Endphasenlage „Früh” und die Endphasenlage „Spät” sind jeweils ohne einen weiteren Eingriff der Steuer- und Regeleinheit fixiert. Bei aktiviertem Freilauf 13a stellt sich die Endphasenlage „Früh” und bei deaktiviertem Freilauf 13a die Endphasenlage „Spät” ein. Die Stellvorrichtung Ist als eine Zweipunktstellvorrichtung und der Nockenwellenversteller damit als ein Zweipunktsteller ausgebildet. Grundsätzlich kann die Stellvorrichtung auch mehrere einstellbare Phasenlagen in dem Stellbereich aufweisen. Sie kann dazu vorgesehen sein, jede beliebige Zwischenphasenlage in dem Stellbereich einzustellen. Zur Fixierung der Phasenlage aktiviert und deaktiviert die Steuer- und Regeleinheit mittels der Kupplung 14a ständig den Freilauf 13a. Die Stellvorrichtung kann somit als eine kontinuierliche Stellvorrichtung und der Nockenwellenversteller damit als ein kontinuierlicher Nockenwellenversteller ausgebildet sein.
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In den 4 bis 8 sind drei 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 bis d in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der 4 bis 8 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 für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Stellvorrichtung weist eine Aktoreinheit 12b auf, die einen mechanischen Freilauf 13b, der in Reihe zwischen einem Antriebselement 11b und einem Abtriebselement 10b geschaltet ist, umfasst.
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Im Unterschied zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel weist die Stellvorrichtung eine in Reihe zwischen dem Antriebselement 11b und dem Abtriebselement 10b angeordnete, schaltbare Kupplung 14b auf, die bezüglich eines Kraftflusses hinter dem Freilauf 13b angeordnet ist. Das Antriebselement 11b, das Abtriebselement 10b, der Freilauf 13b und die Kupplung 14b sind in einem ungeteilten Leistungsfluss in Reihe zueinander geschaltet. Der Kraftfluss verläuft ausgehend von dem Antriebselement 11b durch den Freilauf 13b und von der Kupplung 14b werter auf das Abtriebselement 10b, ohne geteilt zu werden oder abzuzweigen. Die Kupplung 14b ist mit ihrem Kupplungseingang mit einem Innenteil 17b des Freilaufs 13b und mit ihrem Kupplungsausgang mit dem Abtriebselement 10b verbunden. Das Innenteil 17b ist als ein Innenring ausgebildet. Es ist als eine Lagerhülse ausgebildet. Das Innenteil 17b ist drehbar und axial verschiebbar auf dem Abtriebselement 10b gelagert.
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Die Kupplung 14b weist einen geschlossenen Zustand (vgl. 4) und einen geöffneten Zustand (nicht dargestellt) auf. In dem geschlossenen Zustand verbindet die Kupplung 14b das Innenteil 17b drehfest mit dem Abtriebselement 10b und in dem geöffneten Zustand trennt die Kupplung 14b die drehfeste Verbindung des Abtriebselements 10b mit dem Innenteil 17b. Der Freilauf 13b und die Kupplung 14b bilden einen Aktor zur Einstellung einer Phasenlage zwischen dem Antriebselement 11b und dem Abtriebselement 10b aus.
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In den 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Stellvorrichtung weist eine Aktoreinheit 12c auf, die einen mechanischen Freilauf 13c, der in Reihe zwischen einem Antriebselement 11c und einem Abtriebselement 10c geschaltet ist, umfasst. Der schaltbare Freilauf 13c bildet einen Aktor zur Einstellung einer Phasenlage zwischen dem Antriebselement 11c und dem Abtriebselement 10c aus. Der Freilauf 13c wird als der Aktor zur Einstellung der Phasenlage verwendet. Er wird als Aktor zum Einstellen und zum Verstellen der Phasenlage genutzt.
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Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist der Freilauf 13c zur Aufhebung und zur Herstellung einer Freilaufwirkung schaltbar ausgebildet. Der Freilauf 13c wirkt als eine Kupplung. Zur Schaltung der Freilaufwirkung und damit zur schaltbaren Ausbildung weist der Freilauf 13c ein Innenteil 17c und ein Außenteil 16c auf, die axial verschiebbar gegeneinander angeordnet sind. Das Außenteil 16c ist bezüglich des Innenteils 17c axial verschiebbar angeordnet. Das Innenteil 17c ist als das Abtriebselement 10c ausgebildet. Grundsätzlich kann eine Schaltbarkeit des Freilaufs 13c auch durch eine Änderung von Bauteileigenschaften, wie beispielsweise einer Geometrie, einer Steifigkeit, eines Spaltmaßes und/oder ähnlicher Bauteileigenschaften realisiert werden.
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Zur Bereitstellung einer Schaltbarkeit weist der Freilauf 13c eine Schiebehülse 22c auf. Die Schiebehülse 22c ist dazu vorgesehen, zur Aufhebung der Freilaufwirkung das Außenteil 16c und damit Klemmkörper 18c des Freilaufs 13c von dem Innenteil 17c und damit von dem Abtriebselement 10c axial wegzuschieben und damit einen Kontakt zwischen den Klemmkörpern 18c und dem Innenteil 17c aufzulösen (vgl. 6). Zur Herstellung der Freilaufwirkung ist die Schiebehülse 22c dazu vorgesehen, das Außenteil 16c und damit Klemmkörper 18c des Freilaufs 13c über das Innenteil 17c und damit über das Abtriebselement 10c axial zu schieben und damit einen Kontakt zwischen den Klemmkörpern 18c und dem Innenteil 17c herzustellen (vgl. 5). Die Schiebehülse 22c ist fest mit dem Außenteil 16c verbunden.
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Zur Anbindung der Schiebehülse 22c und damit des Außenteils 16c an das Antriebselement 11c weist die Stellvorrichtung ein zu der Schiebehülse 22c korrespondierendes Anbindungselement 23c auf. Das Anbindungselement 23c ist fest mit dem Antriebselement 11c verbunden. Es greift in die Schiebehülse 22c ein. Die Schiebehülse 22c ist drehfest und axial verschiebbar auf dem Anbindungselement 23c angeordnet. Sie gleicht axiale Verschiebungen zwischen dem Antriebselement 11c und dem Außenteil 16c aus. Zur Betätigung der Schiebehülse 22c und damit zur axialen Verschiebung weist die Stellvorrichtung eine nicht näher dargestellte Steuer- und Regeleinheit auf. Die Steuer- und Regeleinheit löst zur Aufhebung der Freilaufwirkung den Freilauf 13c selbst in seiner Funktion auf.
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In den 7 und 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs dargestellt. In den 7 und 8 ist ein Querschnitt eines alternativ ausgebildeten, schaltbaren Freilaufs 13d einer Aktoreinheit 12d der Stellvorrichtung dargestellt, der in Reihe zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement 10d geschaltet ist. Der schaltbare Freilauf 13d bildet einen Aktor zur Einstellung einer Phasenlage zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement 10d aus. Der Freilauf 13d wird als der Aktor zur Einstellung der Phasenlage verwendet. Er wird als Aktor zum Einstellen und zum Verstellen der Phasenlage genutzt.
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Im Unterschied zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel ist eine Anfederung von Klemmkörpern 18d des Freilaufs 13d schaltbar ausgeführt. Zur Schaltung einer Freilaufwirkung weist der Freilauf 13d mehrere Federbetätigungselemente 24d auf. Jeweils ein Federbetätigungselement 24d ist dazu vorgesehen, jeweils ein Federelement 21d zu betätigen. Die Federbetätigungselemente 24d sind jeweils dazu vorgesehen, zur Schaltung der Freilaufwirkung des Freilaufs 13d, in diesem Ausführungsbeispiel zur Aufhebung der Freilaufwirkung, eine auf den Klemmkörper 18d wirkende Federkraft des jeweiligen Federelements 21d wenigstens zu verringern. Die Federbetätigungselemente 24d heben zur Aufhebung der Freilaufwirkung die Federkraft der Federelemente 21d auf. Sie deaktivieren zur Aufhebung der Freilaufwirkung eine Anfederung der Klemmkörper 18d. Durch die Aufhebung der Federkraft der Federelemente 21d liegen die Klemmkörper 18d lose zwischen einem Innenteil 17d und einem Außenteil 16d, wodurch eine relative Verdrehung des Innenteils 17d und des Außenteils 16d in beide Richtungen, und damit in eine Sperrrichtung 15d und in eine Freilaufrichtung 19d, erlaubt bzw. möglich ist.
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Die Federbetätigungselemente 24d sind analog ausgebildet, weswegen lediglich das Federbetätigungselement 24d näher dargestellt ist und näher beschrieben wird. Das Federbetätigungselement 24d greift durch das Außenteil 16d und ist mit einem Ende zwischen dem Innenteil 17d und dem Außenteil 16d mit einem losen Ende des Federelements 21d verbunden. Zur Betätigung des Federelements 21d zieht das Federbetätigungselement 24d das Federelement 21d radial nach außen. Das Federbetätigungselement 24d zieht das Federelement 21d zur Aufhebung der Anfederung der Klemmkörper 18d radial nach außen. Das Federbetätigungselement 24d ist als ein Betätigungsgestänge ausgebildet. Zur Betätigung der Federbetätigungselemente 24d weist die Stellvorrichtung eine nicht näher dargestellte Steuer- und Regeleinheit auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004015655 A1 [0002]
