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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2008 050 824 A1 ist bereits eine Nockenwellenverstellvorrichtung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, mit einer mechanischen Bremseinheit bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Nockenwellenverstellvorrichtung, die kurze Verstellzeiten aufweist, bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine Nockenwellerwerstellvorrichtung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgeschlagen, mit zumindest einer mechanischen Bremseinheit, die zumindest einen ortsfest angeordneten Aktuator mit zumindest einer ersten Bremsfläche und zumindest einer relativ zu der ersten Bremsfläche verschiebbaren zweiten Bremsfläche aufweist und die eine funktionell von dem Aktuator getrennte Bremsscheibe, die zumindest teilweise zwischen den Bremsflächen des Aktuators angeordnet und zur Anbindung an einen Stelleingang vorgesehen ist, aufweist. Dadurch kann der Aktuator und die Bremsscheibe unabhängig voneinander optimiert werden, wodurch eine Einstellung von Steuerzeiten der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine verbessert werden kann. Dadurch kann ein notwendiger Bauraum, ein Gewicht und/oder ein Energieverbrauch der Nockenwellenverstellvorrichtung reduziert werden, wodurch Kosten reduziert werden können. Durch eine Reduzierung des Gewichts der Bremsscheibe kann eine Massenträgheit verringert werden, wodurch eine Verstellgeschwindigkeit erhöht werden kann. Dadurch kann eine kostengünstige Nockenwellenverstellvorrichtung, die kurze Verstellzeiten aufweist, bereitgestellt werden. Unter einem „ortsfest angeordneten Aktuator” soll insbesondere ein Aktuator verstanden werden, der ein ortsfestes Gehäuse aufweist. Unter „ortsfest” soll insbesondere stationär, d. h. fest eingebaut, vorzugsweise bezüglich eines Gehäuses der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, verstanden werden. Vorzugsweise fehlen dem ortsfest angeordneten Aktuator rotierende Bauteile. Unter einer „Bremsfläche” soll insbesondere eine Fläche des Aktuators verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zur Bereitstellung eines Bremsmoments mit der Bremsscheibe reibschlüssig verbunden zu werden. Unter einem „Aktuator” soll insbesondere ein Bauteil verstanden werden, das zumindest ein bewegliches Betätigungselement aufweist, das vorzugsweise relativ zu dem Gehäuse des Aktuators verschiebbar angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Aktuator dazu vorgesehen, ein elektronisches und/oder elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung des Betätigungselements umzusetzen. Das Betätigungselement ist vorteilhaft zu einer Betätigung der Bremsscheibe vorgesehen. Vorzugsweise ist das Betätigungselement dazu vorgesehen, die Bremsscheibe zur Betätigung direkt zu kontaktieren. Unter „einer Bremsscheibe und einem Aktuator, die funktionell voneinander getrennt sind” soll insbesondere verstanden werden, dass das Betätigungselement des Aktuators und die Bremsscheibe separat voneinander ausgebildet sind, wodurch der Aktuator vorzugsweise auch bei fehlender Bremsscheibe funktionstüchtig ist. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Aktuator elektromagnetisch ausgebildet ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Nockenwellenverstellvorrichtung realisiert werden, die einen kurzen magnetischen Kreis aufweist, wodurch die Nockenwellenverstellvorrichtung einen geringen Energieverbrauch und eine schnelle Reaktion auf eine Magnetbestromung aufweist. Weiter kann durch eine funktionelle Trennung des elektromagnetischen Aktuators und der Bremsscheibe eine Totzeit der Nockenwellenverstellvorrichtung reduziert werden, wodurch die Verstellzeiten verkürzt werden können. Durch die funktionelle Trennung kann außerdem auf eine ferromagnetische Ausbildung der Bremsscheibe verzichtet werden, wodurch die Bremsscheibe bezüglich eines Gewichts, einer Größe und/oder dergleichen optimiert werden kann. Unter einem „elektromagnetischen Aktuator” soll insbesondere ein Aktuator verstanden werden, der zumindest einen Elektromagneten aufweist, der zu einer Verschiebung des Betätigungselements vorgesehen ist.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Bremsscheibe eine Dichte kleiner 5 g/cm3 aufweist, wodurch eine vorteilhafte Bremsscheibe mit geringer Massenträgheit gefunden werden kann.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Bremsscheibe paramagnetisch ausgebildet ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Bremsscheibe gefunden werden.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenverstellvorrichtung ein Summiergetriebe umfasst, das zu einer Ausbildung des Stelleingangs beispielsweise ein Sonnenrad aufweist, an dem die Bremsscheibe fest angebunden ist. Dadurch kann besonders vorteilhaft eine Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle eingestellt 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. Vorzugsweise ist der Planetenradträger drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle und das Hohlrad drehmomentübertragend mit der Nockenwelle verbunden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel 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 perspektivisch eine Nockenwellenverstellvorrichtung und
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2 die Nockenwellenverstellvorrichtung in einer Schnittdargestellung.
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Die 1 und 2 zeigen eine Nockenwellenverstellvorrichtung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, die zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer hier nicht näher dargestellten Kurbelwelle der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine und einer Nockenwelle 18 der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist.
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Zur Veränderung der Phasenlage weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine mechanische Bremseinheit 10 auf, die zur Verstellung der Phasenlage dazu vorgesehen ist, ein Bremsmoment bereitzustellen. Die Bremseinheit 10 weist einen ortsfest angeordneten Aktuator 11 und eine in einem Betrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine rotierende Bremsscheibe 14 auf. Der Aktuator 11 betätigt zur Bereitstellung des Bremsmoments und damit zur Verstellung der Phasenlage die Bremsscheibe 14. Der Aktuator 11 und die Bremsscheibe 14 sind funktionell voneinander getrennt. Sie sind jeweils als eigenständige Bauteile ausgebildet. Der Aktuator 11 und die Bremsscheibe 14 sind unabhängig voneinander jeweils auf ihr spezifisches Aufgabenspektrum hin optimiert.
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Der Aktuator 11 ist elektromagnetisch ausgebildet. Er weist ein ortsfestes Gehäuse 19, ein relativ zu dem Gehäuse 19 verschiebbares Betätigungselement 20 und einen ortsfesten Elektromagneten 21 auf. Das Gehäuse 19 ist mehrteilig ausgebildet. Das Gehäuse 19 ist dreh- und verschiebefest angeordnet. Es ist fest mit einem hier nicht näher dargestellten Gehäuse der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine verbunden. Das Gehäuse 19 ist fest mit einem Zylinderkopf der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine verbunden. Der Elektromagnet 21 ist fest mit dem Gehäuse 19 des Aktuators 11 verbunden. Er ist zur Verschiebung des Betätigungselements 20 vorgesehen. Das Betätigungselement 20 ist axial verschiebbar und drehfest angeordnet. Es ist parallel einer Rotationsachse der Nockenwelle 18 verschiebbar angeordnet. Das Betätigungselement 20 und die Bremsscheibe 14 sind funktionell voneinander getrennt. Sie sind separat zueinander ausgebildet. Der Elektromagnet 21 drückt bei einer Bestromung das Betätigungselement 20 gegen die Bremsscheibe 14 und die Bremsscheibe 14 gegen das Gehäuse 19, wodurch das Bremsmoment erzeugt wird. Bei fehlender Bestromung und damit in einem stromlosen Zustand des Elektromagneten 21 sind das Betätigungselement 20 und die Bremsscheibe 14 sowie das Gehäuse 19 und die Bremsscheibe 14 jeweils durch einen Luftspalt getrennt.
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Der Aktuator 11 weist eine erste Bremsfläche 12 und eine zweite Bremsfläche 13 auf, die axial gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Sie sind beabstandet zueinander angeordnet. Die erste Bremsfläche 12 ist dreh- und verschiebefest und die zweite Bremsfläche 13 lediglich drehfest angeordnet. Die zweite Bremsfläche 13 ist relativ zu der ersten Bremsfläche 12 axial verschiebbar. Die zweite Bremsfläche 13 ist relativ zu dem Gehäuse 19 axial verschiebbar. Die erste Bremsfläche 12 ist durch das ortsfeste Gehäuse 19 des Aktuators 11 und die zweite Bremsfläche 13 durch das Betätigungselement 20 ausgebildet. Zur Ausbildung der zweiten Bremsfläche 13 weist das Betätigungselement 20 einen Bremsbelag 22 auf. Der Bremsbelag 22 des Betätigungselements 20 bildet die zweite Bremsfläche 13 aus. Der Bremsbelag 22 ist fest mit dem Betätigungselement 20 verbunden. Er ist auf dem Betätigungselement 20 aufgeklebt. Zu einer Erzeugung des Bremsmoments drückt die zweite Bremsfläche 13 durch ein Bestromen des Elektromagnets 21 die Bremsscheibe 14 axial gegen die erste Bremsfläche 12, wodurch die Bremsflächen 12, 13 jeweils reibschlüssig mit der Bremsscheibe 14 verbunden sind und die Bremsscheibe 14 abgebremst wird. In dem stromlosen Zustand des Elektromagnets 21 sind die erste Bremsfläche 12 und die zweite Bremsfläche 13 jeweils durch einen Luftspalt von der Bremsscheibe 14 getrennt. Grundsätzlich können das Betätigungselement 20 und der Bremsbelag 22 auch einstückig miteinander ausgebildet sein. Natürlich ist es auch denkbar, dass die erste Bremsfläche 12 ebenfalls durch einen Bremsbelag ausgebildet ist, der fest mit dem Gehäuse 19 verbunden ist.
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Die Bremsscheibe 14 ist teilweise zwischen den Bremsflächen 12, 13 angeordnet. Sie ist an ihrem Außenumfang teilweise zwischen den Bremsflächen 12, 13 angeordnet. Ein Teil der Bremsscheibe 14 ist axial zwischen den Bremsflächen 12, 13 angeordnet. Die Bremsscheibe 14 ist als ein rotierendes Element ausgebildet. Sie rotiert bei arbeitender Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine. Die Bremsscheibe 14 weist eine Rotationsachse auf, die der Rotationsachse der Nockenwelle 18 entspricht. Sie ist drehfest auf einer Welle 23 angeordnet.
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Die Bremsscheibe 14 weist eine Dichte kleiner 5 g/cm3 auf und ist paramagnetisch ausgebildet. Sie ist aus Leichtmetall. Sie weist keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Die Bremsscheibe 14 ist aus Aluminium hergestellt. Die Bremsscheibe 14 weist weiter einen hier nicht näher dargestellten Bremsbelag auf. Der Bremsbelag ist fest mit der Bremsscheibe 14 verbunden. Er ist auf der Bremsscheibe 14 aufgeklebt. Der Bremsbelag ist auf beiden axialen Seiten der Bremsscheibe 14 angeordnet. Er ist jeweils zu einer Kontaktierung der entsprechenden Bremsfläche 12, 13 des Aktuators 11 vorgesehen. Der Bremsbelag ist aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) ausgebildet. Grundsätzlich können die Bremsscheibe 14 und der Bremsbelag auch einstückig miteinander ausgebildet sein, wodurch die Bremsscheibe 14 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist.
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Zu einer drehmomentübertragenden Verbindung der Kurbelwelle mit der Nockenwelle 18 weist die Nockenwellenverstellvorrichtung ein Summiergetriebe 16 auf. Das Summiergetriebe 16 ist als ein 3-Wellen-Minus-Summiergetriebe ausgebildet. Es ist als ein einstufiges Planetenradgetriebe ausgebildet. Das Summiergetriebe 16 weist ein fest mit der Welle 23 und damit fest mit der Bremsscheibe 14 verbundenes Sonnenrad 17 auf. Die Welle 23 und das Sonnenrad 17 sind einstückig miteinander ausgebildet. Das Sonnenrad 17 ist als ein Stelleingang 15 des Summiergetriebes 16 ausgebildet. Somit ist die Bremsscheibe 14 fest an den Stelleingang 15 des Summiergetriebes 16 angebunden. Die Bremsscheibe 14 ist zur Verstellung der Phasenlage fest an den Stelleingang 15 angebunden.
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Das Summiergetriebe 16 weist weiter einen fest mit einem Kurbelwellenrad 24 der Nockenwellenverstellvorrichtung verbundenen Planetenradträger 25 auf. Das Kurbelwellenrad 24 und der Planetenradträger 25 sind einstückig miteinander ausgebildet. Der Planetenradträger 25 ist mittels des Kurbelwellenrads 24 drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle verbunden. Er wird mittels der Kurbelwelle angetrieben. Das Kurbelwellenrad 24 ist als ein Kettenrad ausgebildet. Es ist mittels einer Kette drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle verbunden. Der Planetenradträger 25 führt Planetenräder um die Rotationsachse der Nockenwelle 18, die mit dem Sonnenrad 17 kämmen. Der Planetenradträger 25 ist als ein Eingang des Summiergetriebes 16 ausgebildet.
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Das Summiergetriebe 16 weist außerdem ein Hohlrad 26 auf. Das Hohlrad 26 ist fest mit der Nockenwelle 18 verbunden. Die Nockenwelle 18 und das Hohlrad 26 sind einstückig miteinander ausgebildet. Das Hohlrad 26 treibt die Nockenwelle 18 an. Es kämmt mit den Planetenrädern des Summiergetriebes 16. Das Hohlrad 26 ist als ein Ausgang des Summiergetriebes 16 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bremseinheit
- 11
- Aktuator
- 12
- Bremsfläche
- 13
- Bremsfläche
- 14
- Bremsscheibe
- 15
- Stelleingang
- 16
- Summiergetriebe
- 17
- Sonnenrad
- 18
- Nockenwelle
- 19
- Gehäuse
- 20
- Betätigungselement
- 21
- Elektromagnet
- 22
- Bremsbelag
- 23
- Welle
- 24
- Kurbelwellenrad
- 25
- Planetenradträger
- 26
- Hohlrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008050824 A1 [0002]
