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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung, insbesondere einen Nockenwellenversteller, für einen Verbrennungsmotor.
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Es ist bereits eine Stellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, die dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors gegenüber einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu verstellen, mit einem Antriebselement zu einer antriebstechnischen Kopplung an die Kurbelwelle, mit einem Abtriebselement, das dazu vorgesehen ist, ein Drehmoment an die Nockenwelle auszuleiten, und mit einer Bremseinheit, die zumindest einen Bremsaktor umfasst und die dazu vorgesehen ist, eine relative Drehbewegung des Abtriebselements gegenüber dem Antriebselement zu bewirken.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine besonders langlebige Stellvorrichtung bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung geht aus von einer Stellvorrichtung, insbesondere von einem Nockenwellenversteller, für einen Verbrennungsmotor, die dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors gegenüber einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu verstellen, mit einem Antriebselement zu einer antriebstechnischen Kopplung an die Kurbelwelle, mit einem Abtriebselement, das dazu vorgesehen ist, ein Drehmoment an die Nockenwelle auszuleiten, und mit einer Bremseinheit, die zumindest einen Bremsaktor umfasst und die dazu vorgesehen ist, eine relative Drehbewegung des Abtriebselements gegenüber dem Antriebselement zu bewirken.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Bremseinheit ein Kühlmittelförderelement umfasst, das dazu vorgesehen ist, ein Kühlmittel zur Kühlung des zumindest einen Bremsaktors zu fördern. Dadurch kann ein dauernder Kühlmittelstrom für den Bremsaktor bereitgestellt werden, wodurch eine Überhitzung insbesondere von Bremsbelägen und/oder Reibflächen vermieden und eine besonders zuverlässige und langlebige Stellvorrichtung bereitgestellt werden kann. Unter einem „Bremsaktor” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein mechatronisches Bauteil verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, elektrische oder hydraulische Signale in eine Bewegung, insbesondere in eine Schwenk- und/oder Linearbewegung, umzusetzen, wodurch der Bremsaktor eine Reibkraft ausübt, die einer Bewegung entgegenwirkt und eine Bewegungsenergie in Wärme umwandelt. Unter einem „Kühlmittel” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Fluid oder ein Fluidgemisch verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, Wärme aufzunehmen und abzuführen.
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In vorteilhafter Weise umfasst die Bremseinheit eine Bremsscheibe, die das Kühlmittelförderelement ausbildet. Dadurch kann eine besonders kompakte Bremseinheit bereitgestellt werden. Unter einer „Bremsscheibe” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine drehfest mit dem Abtriebselement verbundene Scheibe verstanden werden, welche eine Kontaktfläche als Teil einer Reibfläche ausbildet, die dazu vorgesehen ist, mit dem Bremsaktor zu einer relativen Drehbewegung des Abtriebselements gegenüber dem Antriebselement zusammenzuwirken.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Kühlmittelförderelement dazu vorgesehen ist, das Kühlmittel zumindest in einer radialen Richtung zu fördern, bezogen auf eine Drehachse der Bremsscheibe. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise eine Drehbewegung zu einer Förderung des Kühlmittels genutzt werden. Unter „zumindest in einer radialen Richtung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Kühlmittelförderelement dazu vorgesehen ist, einen Abstand des Kühlmittels von der Drehachse zu vergrößern. Bevorzugt ist eine Beschleunigung in radialer Richtung zumindest teilweise eine Folge einer Zentrifugalkraft aufgrund einer kreisförmigen Bewegung. Insbesondere kann nachströmendes Fluid zunächst auch eine Kraft in einer axialen Richtung erfahren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der zumindest eine Bremsaktor einen Bremssattel, der eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, die in einer Umfangsrichtung der Bremsscheibe angeordnet ist. Unter einer „Haupterstreckungsrichtung” soll insbesondere eine Richtung maximaler Ausdehnung verstanden werden. Dadurch kann der zumindest eine Bremsaktor auf einer besonders großen Fläche mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen und wirkungsvoll gekühlt werden.
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In vorteilhafter Weise weist das Kühlmittelförderelement ein Relief auf, das zur Förderung des Kühlmittels vorgesehen ist. Dadurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung der Bremseinheit erreicht werden. Unter einem Relief soll insbesondere eine Gesamtheit von Erhebungen und/oder Vertiefungen verstanden werden, die von einer Oberfläche ausgebildet werden, die in die Oberfläche eingebracht und/oder auf die Oberfläche aufgesetzt sind. Bevorzugt ist das Relief an einer Außenfläche der Bremsscheibe angeordnet und weist eine Mehrzahl gleichartiger Formelemente auf. Besonders bevorzugt ist das Relief auf einer Kreisringfläche angeordnet, die einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser und eine Breite als eine Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser aufweist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Bremsaktor in radialer Richtung unmittelbar oberhalb des Reliefs des Kühlmittelförderelements angeordnet ist. Dadurch kann der Bremsaktor besonders wirkungsvoll mit dem Kühlmittelstrom in Kontakt kommen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Relief eine Mehrzahl strahlenförmig angeordneter Rippen auf, die zu einem Kontakt mit dem Kühlmittel vorgesehen sind. Dadurch kann ein besonders robustes Kühlmittelförderelement bereitgestellt werden. Unter „strahlenförmig” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Rippen eine Radialerstreckung aufweisen, die mehr als 40 Prozent, bevorzugt mehr als 50 Prozent und besonders bevorzugt mehr als 70 Prozent der Breite der Kreisringfläche des Reliefs beträgt. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Relief andere strahlenförmig angeordnete Formelemente aufweist, wie beispielsweise Rillen oder Lamellen. Weiter ist es denkbar dass das Relief ein oder mehrere spiralförmige Formelemente aufweist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Stellvorrichtung eine radial innenliegende Kühlmittelzuführung aufweist, die für die Zuführung zumindest eines flüssigen Kühlmittelanteils vorgesehen ist. Dadurch kann auf einfache und wirkungsvolle Weise Kühlmittel zugeführt werden. Unter „radial innenliegend” soll in diesem Zusammenhang insbesondere benachbart zu der Drehachse der Bremsscheibe verstanden werden. Bevorzugt ist ein Abstand der Kühlmittelzuführung zu der Drehachse kleiner als der Außenradius des Kühlmittelförderelements, besonders bevorzugt ist der Abstand kleiner als der Innenradius des Kühlmittelförderelements. Bevorzugt wird der flüssige Kühlmittelanteil von einer in dem Verbrennungsmotor umlaufenden Flüssigkeit, beispielsweise Öl, gebildet.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Stellvorrichtung ein Gehäuse aufweist, das dazu vorgesehen ist, zumindest einen flüssigen Kühlmittelanteil, des von dem Kühlmittelförderelement geförderten Kühlmittels einem Kühlmittelkreislauf zuzuführen. Dadurch kann die Kühlung des Aktors besonders vorteilhaft an ein Kühl- und/oder Schmiersystem des Verbrennungsmotors angebunden werden.
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Ferner wird ein Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung vorgeschlagen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung 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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Die einzige 1 zeigt eine Stellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors gegenüber einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu verstellen. Die Stellvorrichtung ist als ein Nockenwellenversteller ausgebildet. Die Stellvorrichtung umfasst ein nicht näher dargestelltes Antriebselement zu einer antriebstechnischen Kopplung an die Kurbelwelle sowie ein Abtriebselement, das dazu vorgesehen ist, ein Drehmoment an die Nockenwelle auszuleiten. Die Stellvorrichtung umfasst ein nicht näher dargestelltes Gehäuse, das die Stellvorrichtung umgibt.
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Die Stellvorrichtung umfasst ferner eine Bremseinheit 10, die dazu vorgesehen ist, eine Bremskraft auf das Abtriebselement auszuüben, wodurch eine relative Drehbewegung des Abtriebselements gegenüber dem Antriebselement bewirkt wird. Die Bremseinheit 10 umfasst eine Bremsscheibe 13 und einen Bremsaktor 11. Die Bremsscheibe 13 ist drehfest mit dem Abtriebselement der Stellvorrichtung verbunden und weist in einem Betriebszustand eine Drehrichtung 16 und eine Drehachse auf. Die Bremsscheibe 13 weist ferner eine ringförmig ausgebildete Reibfläche 17 auf. Die Reibfläche 17 ist an einem Außenumfang der Bremsscheibe 13 angeordnet. Die Reibfläche 17 weist eine Flächennormale auf, die parallel zu der Drehachse der Bremsscheibe 13 angeordnet ist.
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Der Bremsaktor 11 weist zwei Befestigungsösen 18, 19 auf, die dazu vorgesehen sind, den Aktor fest mit dem Gehäuse der Stellvorrichtung zu verbinden. Die Befestigungsösen 18, 19 sind jeweils an einer Stirnseite des Bremsaktors 11 angeordnet. Der Bremsaktor 11 ist an einem Außenumfang der Bremsscheibe 13 angeordnet. Der Bremsaktor 11 umgreift die Bremsscheibe 13 an dem Außenumfang der Bremsscheibe 13. Der Bremsaktor 11 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und weist eine Haupterstreckungsrichtung auf, die in einer Umfangsrichtung der Bremsscheibe 13 angeordnet ist. Der Bremsaktor 11 und die Bremsscheibe 13 sind dazu vorgesehen, zusammenzuwirken und ein Drehmoment zu einer Verzögerung des Abtriebselements der Stellvorrichtung bereitzustellen. Der Bremsaktor 11 umfasst einen Bremssattel 20 mit Bremsbacken. Die Bremsbacken und die Reibfläche 17 sind dazu vorgesehen, zeitweise miteinander in Kontakt zu sein, wodurch eine Reibung auf die Bremsscheibe 13 übertragen und eine Bewegungsenergie der Stellvorrichtung in Wärme umgewandelt wird, wodurch sich insbesondere die Bremsbacken und die Reibfläche 17 erwärmen.
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Die Bremseinheit 10 weist ein Kühlmittelförderelement 12 auf, das dazu vorgesehen ist, ein Kühlmittel zur Kühlung des Bremsaktors 11 zu fördern. Die Bremsscheibe 13 bildet das Kühlmittelförderelement 12 aus. Die Bremsscheibe 13 weist einen ringförmigen Bereich auf, der das Kühlmittelförderelement 12 ausbildet. Die Bremsscheibe 13 weist eine zentrale kreisförmige Ausnehmung 21 auf.
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Das Kühlmittelförderelement 12 ist dazu vorgesehen, das Kühlmittel insbesondere in einer radialen Richtung zu fördern, bezogen auf eine Drehachse der Bremsscheibe 13. Das Kühlmittelförderelement 12 ist dazu vorgesehen, eine Drehbewegung der Bremsscheibe 13 in eine radiale Bewegung des Kühlmittels zu übersetzen. Das Kühlmittelförderelement 12 weist ein Relief 14 auf, das zur Förderung des Kühlmittels vorgesehen ist. Das Relief 14 ist in radialer Richtung räumlich zwischen der zentralen Ausnehmung 21 und der Reibfläche 17 der Bremsscheibe 13 angeordnet. Das Relief 14 ist an einer Kreisringfläche der Bremsscheibe 13 angeordnet. Die Kreisringfläche weist eine Innenradius auf, der einem Außenradius der zentralen Ausnehmung 21 entspricht. Das Relief 14 weist einen Außenradius auf, der einem Innenradius der Reibfläche 17 entspricht. Der Außenradius des Reliefs 14 entspricht einem Abstand des Bremsaktors 11 von der Drehachse der Bremsscheibe 13. Die Kreisringfläche des Reliefs 14 weist eine Breite auf, die einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser entspricht. Der Bremsaktor 11 ist in radialer Richtung unmittelbar oberhalb des Reliefs 14 des Kühlmittelförderelements 12 angeordnet.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Relief 14 vierzehn strahlenförmig angeordnete Rippen 15 aus. Die Rippen 15 sind analog zueinander ausgebildet und in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Die Rippen 15 treten aus einer Oberfläche der Bremsscheibe 13 in axialer Richtung hervor und verlaufen im Wesentlichen in radialer Richtung. Die Rippen 15 weisen jeweils eine radiale Erstreckung auf, die der Breite der Kreisringfläche des Reliefs 17 entspricht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel überdecken die Rippen 15 in ihrem Verlauf einen Winkelabschnitt von etwa 35 Grad.
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Die Rippen 15 weisen bezogen auf die Drehrichtung 16 der Stellvorrichtung eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Die Rippen 15 sind S-förmig ausgebildet. An einem Innenumfang des Kühlmittelförderelements 12 bilden die Vorderseiten der Rippen 15 mit dem Innenumfang einen stumpfen Winkel aus. Die Rippen 15 sind an dem Innenumfang von der Vorderseite aus gesehen konvex gekrümmt. In einem Abstand von dem Innenumfang, der in etwa einem Siebtel der Breite des Reliefs 14 entspricht, weisen die Rippen 15 einen Krümmungswechsel auf. Die Rippen 15 sind an einem Außenumfang des Kühlmittelförderelements 12 von der Vorderseite aus gesehen konkav gekrümmt. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Rippen 15 gerade, bogenförmig, spiralförmig oder in einer anderen geeigneten Form ausgebildet sind.
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Die Stellvorrichtung umfasst eine radial innenliegende Kühlmittelzuführung, die für die Zuführung eines flüssigen Kühlmittelanteils vorgesehen ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet Öl den flüssigen Kühlmittelanteil. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass eine andere Flüssigkeit den flüssigen Kühlmittelanteil bildet. Die Kühlmittelzuführung ist dazu vorgesehen, den flüssigen Kühlmittelanteil an die zentrale Ausnehmung 21 der Bremsscheibe 13 zu führen.
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In einem Betriebszustand der Stellvorrichtung dreht sich die Bremsscheibe 13 in der Drehrichtung 16. Die auf der Oberfläche der Bremsscheibe 13 angeordneten Rippen 15 wirken mit einer Umgebungsluft zusammen und fördern die Umgebungsluft aufgrund einer auf die Umgebungsluft wirkenden Zentrifugalkraft nach außen. Es entsteht ein Luftstrom, der einen Sog auf das von der Kühlmittelzuführung in einen Bereich der zentralen Ausnehmung 21 herangeführte Öl ausübt. Das Öl wird teilweise von dem Luftstrom mitgerissen. Teilweise kommt es in Kontakt mit den Rippen 15 und wird aufgrund der Zentrifugalkraft radial beschleunigt und schließlich aus dem Kühlmittelförderelement 12 geschleudert. Es bildet sich ein Kühlmittelstrom aus einem Luft-Ölgemisch, der teilweise mit dem Bremsaktor 11 in Kontakt kommt. Dabei übertragen der Bremsaktor 11 und insbesondere die Bremsbacken des Bremsaktors 11 Wärme auf das Kühlmittel. Die Wärme wird durch das Kühlmittel abgeführt. Das Gehäuse der Stellvorrichtung ist dazu vorgesehen, das Öl, als den flüssigen Kühlmittelanteil, des von dem Kühlmittelförderelement 12 geförderten Kühlmittels einem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors zuzuführen. Das Öl kommt in Kontakt mit einer Innenwand des Gehäuses und wird aufgrund von Adhäsion dort festgehalten. Aufgrund einer Schwerkraft sammelt es sich in einem Reservoir des Kühlmittelkreislaufs.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bremseinheit
- 11
- Bremsaktor
- 12
- Kühlmittelförderelement
- 13
- Bremsscheibe
- 14
- Relief
- 15
- Rippe
- 16
- Drehrichtung
- 17
- Reibfläche
- 18
- Befestigungsöse
- 19
- Befestigungsöse
- 20
- Bremssattel
- 21
- Ausnehmung
