WO2006136290A1 - Nockenwellenstellvorrichtung - Google Patents

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WO2006136290A1
WO2006136290A1 PCT/EP2006/005452 EP2006005452W WO2006136290A1 WO 2006136290 A1 WO2006136290 A1 WO 2006136290A1 EP 2006005452 W EP2006005452 W EP 2006005452W WO 2006136290 A1 WO2006136290 A1 WO 2006136290A1
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eddy current
brake
adjusting device
camshaft
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PCT/EP2006/005452
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Matthias Gregor
Jens Meintschel
Thomas Stolk
Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
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DaimlerChrysler AG
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Definitions

  • the invention relates to a camshaft adjusting device, in particular for an internal combustion engine, with a brake unit.
  • a camshaft adjusting device for an internal combustion engine which comprises a planetary gear unit and a brake unit formed by a hysteresis brake, by means of which a braking force for adjusting a camshaft phase angle can be generated.
  • the invention is in particular the object of providing a cost, thermally highly resilient and thus particularly space-saving camshaft actuator.
  • the object is solved by the features of patent claim 1, wherein further embodiments of the invention can be taken from the subclaims.
  • the invention relates to a camshaft adjusting device, in particular for an internal combustion engine, having a brake unit which has at least one eddy current brake for generating a braking torque correlated with a phase angle of a camshaft, and with a supplementary unit which is provided for the eddy current brake in at least one operating range in its actuating function at least to complete.
  • a "supplementation” should be understood in particular to mean that the supplementary unit is provided, in particular, to keep a phase angle of the camshaft constant in the at least one operating region and / or to adjust it after early and / or late.
  • the solution according to the invention can in certain operating ranges, such as in particular with respect to an engine speed lower operating ranges and preferably in operating ranges below an idle speed of the internal combustion engine, by means of the supplementary unit to a braking force of the eddy current additional braking force generated, and / or it can a locking an adjustment of the phase angle of the camshaft can be prevented.
  • Rotors of eddy current brakes can be carried out cost-effectively thermally and mechanically highly resilient, so that the eddy current brake overall is particularly space-saving with low weight executable.
  • an "eddy current brake” should be understood to mean, in particular, a brake whose operating principle is at least largely based on eddy currents that form, but may also have other brake components, in particular hysteresis brake components.
  • a "braking torque correlating with a phase angle” should be understood as meaning, in particular, a dependency in which different actuating modes can be achieved with braking torques of different magnitudes.
  • the supplementary unit can be formed by various units that appear appropriate to a person skilled in the art, such as a contactless brake unit, eg a hysteresis brake, a contacting brake unit, eg a brake with friction plates, and / or advantageously also a locking unit, by means of which a phase angle of the camshaft held constant or an adjustment of the phase angle of the cam shaft can be prevented structurally simple and inexpensive by a non-positive and / or in particular by a positive connection.
  • the locking unit is used in particular to rotatably couple at least two shafts of a planetary gear designed as a planetary gear, so as to lock the epicyclic gear or to prevent an adjustment of a phase angle of the camshaft.
  • the eddy current brake could additionally be designed as a hysteresis brake, so that, in particular in all operating ranges, a sum of an adjusting eddy current braking component and an adjusting hysteresis brake component is sufficient to achieve a desired braking torque, for example by a special embodiment of a rotor of the eddy current brake, and / or the eddy current brake could additionally be used as a friction brake and / or as a locking device, which is structurally simple with a displaceable in the axial direction rotor of the eddy current brake can be realized.
  • the camshaft adjusting device has at least one pre-translation stage, which is arranged in front of the brake unit and which is provided for speed increase in the direction of the brake unit.
  • High speeds can thereby be realized within the brake unit, in particular within the eddy current brake, so that advantageously or sufficient braking torques can be achieved by means of the eddy current brake, even at low engine speeds.
  • the operating range in which the eddy current brake through the supplementary unit is at least supplemented in their control function, preferably limited to a range below an idle speed of the internal combustion engine.
  • the pre-translation stage can advantageously be used to compensate for tolerance or thermal expansion-related offset between the brake unit and a planetary gear unit.
  • the pre-translation stage can also be embodied with a crowned toothing.
  • pre-translation stage is at least partially formed in one piece with a planetary gear unit, in turn components, space, weight and assembly costs can be saved.
  • the eddy current brake has a rotor structure arranged on both sides of a pole structure, whereby a high efficiency can be achieved.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a camshaft adjusting device
  • FIG. 3 shows a detail of a schematically illustrated pole structure of the eddy current brake with opposite poles
  • 4 shows a detail of another schematically illustrated poistor structure with staggered poles
  • FIG. 5 is a schematic diagram of another camshaft actuator with a pre-translation stage
  • FIG. 6 shows an eddy current brake of the camshaft adjusting device from FIG. 5 with a two-sided arrangement of a pole structure and disk-shaped effective region, FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of another camshaft adjusting device with a stepped sun gear
  • FIG. 9 shows an eddy current brake of the camshaft adjusting device from FIG. 8 with a one-sided arrangement of a pole structure and band-shaped effective region, FIG.
  • FIG. 10 shows a detail of a schematically illustrated pole structure of the eddy current brake from FIG. 9 with poles arranged on one side,
  • FIG. 11 is a schematic diagram of another camshaft adjusting device with a continuous sun toothing
  • FIG. 1 shows a camshaft adjusting device for an internal combustion engine with a planetary gear unit 10a and a brake unit IIa.
  • the epicyclic gear unit 10a is formed by a planetary gear formed as a negative gear in which in a theoretical drive of a sun gear 18a with fixed planet carrier 19a coupled to the brake unit IIa control input and coupled to a camshaft 20a output of the epicyclic gear unit 10a rotate in different directions.
  • the planetary ger 19a is coupled via a toothed belt with a Kurbeiweile not shown the brennkraftmaschme and is driven by this in operation.
  • the brake unit IIa includes an eddy current brake 12a for generating a braking torque correlated with a phase angle of the camshaft 20a and an augmentation unit 14a integrally formed with the eddy current brake 12a, which is provided to the eddy current brake 12a in an operating range lower in respect of an engine speed supplement or replace ( Figure 2).
  • the eddy current brake 12a comprises a rotor 16a, a stator 21a, an excitation coil 22a applied to the stator 21a, a band-shaped eddy current unit 23a made of copper fixed to the rotor 16a, and a pole structure 24a arranged on both sides to the eddy current unit 23a.
  • the eddy current unit 23a could also be made from another material that appears appropriate to a person skilled in the art, such as aluminum, etc.
  • the pole structure 24a has opposite poles (FIG. 3), but these could also be arranged offset (FIG ).
  • the supplementary unit 14a is formed by a locking unit, by means of which the sun gear 18a and the planet carrier 19a are rotatably coupled.
  • the rotor 16a is designed to be displaceable in the axial direction and, on a side facing away from the stator 21a of the eddy current brake 12a, has a toothing 25a which can be brought into engagement with a toothing 26a integrally formed on the planet carrier 19a (FIG. 2).
  • the supplementary unit 14a When starting the internal combustion engine shortly before reaching an idle speed, the supplementary unit 14a is unlocked by the excitation coil 22a is energized and thereby the Ro- tor 16a is pulled from its locking position against a spring force of a spring not shown in the direction of the stator 21a, so that the sun gear 18a and the planet carrier 19a can rotate at different speeds and an adjustment of a phase angle of the camshaft 20a is made possible.
  • a braking torque is generated by means of the eddy current brake 12a, so that the camshaft 20a rotates at half the crankshaft rotational speed. If a setting is made to early, the braking torque is increased compared to the braking torque at a constant phase angle. If a setting is made to late, the braking torque is reduced compared to the braking torque at a constant phase angle.
  • the supplementary unit 14a When switching off the engine, the supplementary unit 14a is locked again below the idle speed by the exciter coil 22a is turned off and the rotor 16a is displaced by means of the spring force of the spring in the axial direction to the planet carrier 19a, so that the rotor 16a and thus the sun gear 18a in a form-fitting Circumference direction is coupled to the planet carrier 19a, whereby subsequently the sun gear 18a and the planet carrier 19a and thus the entire planetary gear unit 10a rotate as a unit.
  • at least one further coil and / or an alternative actuator could also be provided in order to displace the rotor 16a in the axial direction.
  • FIG. 5 shows a camshaft adjusting device of an internal combustion engine which has a preliminary transmission stage 17b which is arranged between a brake unit IIb and a planetary gear unit 10b and which is provided for speed increase in the direction of the brake unit IIb.
  • the pre-translation stage 17 has a first spur gear 27b coupled to a sun gear 18b and a second spur gear 28b meshing with the spur gear 27b and coupled to an input shaft of the brake unit IIb.
  • the brake unit IIb comprises an eddy current brake 12b for generating a brake torque Mb correlated with a phase angle of the camshaft 20b and a supplementing unit 14b provided to supplement the eddy current brake 12b in its actuating function at a lower operating range 15b with respect to an engine rotational speed replace ( Figures 6 and 7).
  • the eddy current brake 12b comprises a rotor 16b, a stator 21b, an exciting coil 22b applied to the stator 21b, a disc-shaped eddy current unit 23b made of copper fixed to the rotor 16b, and a pole structure 24b arranged on both sides of the eddy current unit 23b.
  • the supplementary unit 14b is formed by a locking unit, by means of which the sun gear 18b and a planetary carrier 19b of the epicyclic gear unit 10b are non-rotatably connectable.
  • FIG. 7 shows a course of a braking torque Mb of the brake unit over an engine rotational speed of the camshaft adjusting device from FIG.
  • a line 29b designates a theoretical curve of a moment due solely to eddy-current components without the pretranslation stage 17b
  • a line 30b designates a theoretical curve of a moment due solely to eddy-current components to the pretranslation stage 17b
  • a line 31b designates a course of eddy-current components and hysteresis portions 13b adjusting torque with the pre-translation stage 17b.
  • the supplementary unit 14b When starting the internal combustion engine, the supplementary unit 14b is unlocked shortly before reaching an idling speed 32b, namely as soon as a sufficient braking torque 35b can be applied by the eddy current brake 12b. When switching off the internal combustion engine, the supplementary unit 14b is locked again below the idle speed, so that an adjustment of a phase angle of the camshaft 20b is prevented. This results in a substantially mirrored at a vertical course of the braking torque Mb.
  • FIG. 8 shows a camshaft adjusting device of an internal combustion engine which has a pre-translating stage 17c which is arranged between a brake unit 11c and a planetary gear unit 10c and which is provided for increasing the speed in the direction of the brake unit 11c.
  • the epicyclic gear unit 10c has a two-stage stage sun gear 18c, which is formed integrally with a spur gear 27c of the pretranslation stage 17c, wherein the spur gear 27c has a larger diameter than a part of the stepped sun gear 18c meshing with planets of the epicyclic gear unit 10b.
  • the brake unit 11c includes an eddy current brake 12c for generating a braking torque correlated with a phase angle of a camshaft 20c and a supplementing unit 14c provided for supplementing or replacing the eddy current brake 12c in an operating range lower in respect of an engine rotational speed (FIG. FIG. 9).
  • the supplementary unit 14c is formed by a locking unit, by means of which the stepped sun gear 18c and the camshaft 20c are rotatably connected and thus a phase adjustment can be prevented.
  • the eddy current brake 12c comprises a rotor 16c, a stator 21c, an exciter coil 22c applied to the stator 21c, a band-shaped eddy current unit 23c attached to the rotor 16c, and a pole structure 24c arranged unilaterally with the eddy current unit 23c, in the axial direction two successively arranged, differently polarized effective ranges comprises ( Figures 9 and 10).
  • the eddy current unit 23c has a two-layer structure, namely the eddy current unit 23c has a non-soft magnetic layer 33c made of copper on a radially inner side facing the pole structure 24c and a soft magnetic layer 34c made of iron on a radially outer side facing away from the pole structure 24c.
  • the soft magnetic layer 34c By means of the soft magnetic layer 34c, an advantageous reflux can be achieved.
  • other materials which appear appropriate to the person skilled in the art are also conceivable, or a single-layer eddy current unit 23c is also conceivable.
  • FIG. 11 shows a camshaft adjusting device of an internal combustion engine, which has a pre-translating stage 17d, which is arranged between a brake unit Hd and a planetary gear unit 10d and which is connected to the speed sensor. increase in the direction of the brake unit Hd is provided.
  • the uuii ⁇ uiycLiicucciiniciL iuu WGXO L. cxii ounncni ⁇ u xou mx ⁇ _ ciiici outwardly in the direction of the brake unit Hd guided through toothing, which is integrally formed with a spur gear 27d of the Vorver GmbHscut 17d.
  • the brake unit Hd comprises an eddy current brake 12d for generating a braking torque correlated with a phase angle of a camshaft 20d and a supplementary unit 14d provided for supplementing or replacing the eddy current brake 12d in a lower operating range with respect to an engine rotational speed ( Figures 11 and 12).
  • the supplementary unit 14d is formed by a locking unit, by means of which the sun gear 18d and the camshaft 20d are non-rotatably connectable.
  • the eddy current brake 12d comprises a rotor 16d, a stator 21d, an exciter coil 22d mounted on the stator 21d, a disk-shaped eddy current unit 23d made of copper fixed to the rotor 16d, and a pole structure 24d arranged unilaterally to the eddy current unit 23d, arranged two successively in the radial direction , differently polarized effective ranges includes.

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Abstract

Es wird eine Nockenwellenstellvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Bremseinheit (IIa - lld) vorgeschlagen, die wenigstens eine Wirbelstrombremse (12a -12d) zur Erzeugung eines mit einem Phasenwinkel einer Nockenwelle (20a - 2Od) korrelierenden Bremsmoments (Mb) aufweist, und mit einer Ergänzungseinheit (14a - 14d) , die dazu vorgesehen ist, die Wirbelstrombremse (12a - 12d) in zumindest einem Betriebsbereich (15b) in ihrer Stellfunktion zumindest zu ergänzen.

Description

Nockenwellenstellvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenstellvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Bremseinheit.
Aus der DE 103 24 845 Al ist eine Nockenwellenstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Umlaufgetriebeeinheit und eine von einer Hysteresebremse gebildete Bremseinheit aufweist, mittels der eine Bremskraft zur Verstellung eines Nockenwellenphasenwinkels erzeugbar ist.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, thermisch hoch belastbare und dadurch besonders platzsparende Nockenwellenstellvorrichtung bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Es wird eine Nockenwellenstellvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Bremseinheit vorgeschlagen, die wenigstens eine Wirbelstrombremse zur Erzeugung eines mit einem Phasenwinkel einer Nockenwelle korrelierenden Bremsmoments aufweist, und mit einer Ergänzungseinheit, die dazu vorgesehen ist, die Wirbelstrombremse in zumindest einem Betriebsbereich in ihrer Stellfunktion zumindest zu ergänzen. Dabei soll unter einem "Ergänzen" insbesondere verstanden werden, dass die Ergänzungseinheit insbesondere dazu vorgesehen ist, in dem zumindest einen Betriebsbereich einen Phasenwinkel der Nockenwelle konstant zu halten und/oder diesen nach Früh und/oder nach Spät zu verstellen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann in bestimmten Betriebsbereichen, wie insbesondere in im Hinblick auf eine Brennkraftmaschinendrehzahl unteren Betriebsbereichen und vorzugsweise in Betriebsbereichen unterhalb einer Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine, mittels der Ergänzungseinheit eine sich zu einer Bremskraft des Wirbelstroms ergänzende Bremskraft erzeugt werden, und/oder es kann durch eine Verriegelung eine Verstellung des Phasenwinkels der Nockenwelle unterbunden werden. Rotoren von Wirbelstrombremsen können kostengünstig thermisch und mechanisch hoch belastbar ausgeführt werden, wodurch die Wirbelstrombremse insgesamt besonders platzsparend mit geringem Gewicht ausführbar ist. Dabei soll in diesem Zusammenhang unter einer "Wirbelstrombremse" insbesondere eine Bremse verstanden werden, deren Wirkprinzip zumindest zum Großteil auf sich ausbildenden Wirbelströmen basiert, jedoch auch andere Bremsanteile, wie insbesondere Hysteresebremsanteile, aufweisen kann. Ferner soll unter einem "mit einem Phasenwinkel korrelierenden Bremsmoment" insbesondere eine Abhängigkeit verstanden werden, bei der mit unterschiedlich großen Bremsmomenten unterschiedliche Stellmodi erreicht werden können.
Die Ergänzungseinheit kann von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Einheiten gebildet sein, wie von einer berührlosen Bremseinheit, z.B. einer Hysteresebremse, einer berührenden Bremseinheit, z.B. einer Bremse mit Reiblamellen, und/oder vorteilhaft auch von einer Verriegelungseinheit, mittels der ein Phasenwinkel der Nockenwelle konstant gehalten bzw. eine Verstellung des Phasenwinkels der Nocken- welle durch eine kraftschlüssige und/oder insbesondere durch eine formschiussige Verbindung konstruktiv einfach und kostengünstig unterbunden werden kann. Vorzugsweise dient die Verriegelungseinheit insbesondere dazu, zumindest zwei Wellen eines als Planetengetriebe ausgebildeten Umlaufgetriebes drehfest zu koppeln, um somit das Umlaufgetriebe zu verriegeln bzw. eine Verstellung eines Phasenwinkels der Nockenwelle zu unterbinden.
Ist die Ergänzungseinheit zumindest teilweise einstückig mit der Wirbelstrombremse ausgebildet, können zusätzliche Bauteile, Bauraum, Gewicht und Montageaufwand eingespart werden. Vorteilhaft könnte die Wirbelstrombremse zusätzlich als Hysteresebremse ausgebildet sein, so dass, insbesondere in sämtlichen Betriebsbereichen, eine Summe eines sich einstellenden Wirbelstrombremsanteils und eines sich einstellenden Hysteresebremsanteils ausreicht, um ein gewünschtes Bremsmoment zu erreichen, beispielsweise durch eine spezielle Ausgestaltung eines Rotors der Wirbelstrombremse, und/oder die Wirbelstrombremse könnte zusätzlich als Reibbremse und/oder als Verriegelungsvorrichtung genutzt werden, was konstruktiv einfach mit einem in axialer Richtung verschiebbaren Rotor der Wirbelstrombremse realisierbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenstellvorrichtung wenigstens eine Vorübersetzungsstufe aufweist, die vor der Bremseinheit angeordnet und die zur Drehzahlerhöhung in Richtung der Bremseinheit vorgesehen ist. Innerhalb der Bremseinheit, insbesondere innerhalb der Wirbelstrombremse, können dadurch hohe Drehzahlen realisiert werden, so dass mittels der Wirbelstrombremse vorteilhaft auch bei geringen Brennkraftmaschinendrehzahlen vorteilhafte bzw. ausreichende Bremsmomente erzielt werden können. Insbesondere kann der Betriebsbereich, in welchem die Wirbelstrombremse durch die Ergänzungseinheit in ihrer Stellfunktion zumindest ergänzt wird, vorzugsweise auf einen Bereich unter einer Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine begrenzt werden. Ferner kann die Vorübersetzungsstufe vorteilhaft zum Ausgleich von toleranz- bzw. wärmedehnungsbedingtem Versatz zwischen der Bremseinheit und einer Umlaufgetriebeeinheit genutzt werden. Zum vorteilhaften Ausgleich eines Winkelversatzes kann die Vorübersetzungsstufe hierbei auch mit einer balligen Verzahnung ausgeführt sein.
Ist die Vorübersetzungsstufe zumindest teilweise einstückig mit einer Umlaufgetriebeeinheit ausgebildet, können wiederum Bauteile, Bauraum, Gewicht und Montageaufwand eingespart werden .
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Wirbelstrombremse eine zu einem Rotor beidseitig angeordnete Polstruktur aufweist, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. 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.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Nockenwellenstellvorrichtung,
Fig. 2 eine Wirbelstrombremse mit einer Anordnung einer Polstruktur und einem bandförmigen Wirkbereich,
Fig. 3 einen Ausschnitt einer schematisiert dargestellten Polstruktur der Wirbelstrombremse mit gegenüberliegenden Polen, Fig. 4 einen Ausschnitt einer weiteren schematisiert dargestellten Poistruktur mit versetzt angeordneten Polen,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Nockenwellenstellvorrichtung mit einer Vorübersetzungsstufe,
Fig. 6 eine Wirbelstrombremse der Nockenwellenstellvorrichtung aus Figur 5 mit beidseitiger Anordnung einer Polstruktur und scheibenförmigem Wirkbereich,
Fig. 7 einen Bremsmomentverlauf über einer Brennkraftmaschinendrehzahl,
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Nockenwellenstellvorrichtung mit einem Stufensonnenrad,
Fig. 9 eine Wirbelstrombremse der Nockenwellenstellvorrichtung aus Figur 8 mit einseitiger Anordnung einer Polstruktur und bandförmigem Wirkbereich,
Fig. 10 einen Ausschnitt einer schematisiert dargestellten Polstruktur der Wirbelstrombremse aus Figur 9 mit einseitig angeordneten Polen,
Fig. 11 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Nockenwellenstellvorrichtung mit einer durchgängigen Sonnenverzahnung und
Fig. 12 eine weitere Wirbelstrombremse mit einseitiger Anordnung der Polstruktur und scheibenförmigem Wirkbereich.
Figur 1 zeigt eine Nockenwellenstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Umlaufgetriebeeinheit 10a und einer Bremseinheit IIa. Die Umlaufgetriebeeinheit 10a ist von einem als Minusgetriebe ausgebildeten Planetengetriebe gebildet, bei dem bei einem theoretischen Antrieb eines Sonnenrads 18a bei festgehaltenem Planetenträger 19a sich ein mit der Bremseinheit IIa gekoppelter Stelleingang und ein mit einer Nockenwelle 20a gekoppelter Ausgang der Umlaufgetriebeeinheit 10a in unterschiedlichen Richtungen drehen. Der Planetenträ- ger 19a ist über einen Zahnriemen mit einer nicht näher dargestellten Kurbeiweile der brennkraftmaschme gekoppelt und ist von dieser im Betrieb angetrieben.
Die Bremseinheit IIa umfasst eine Wirbelstrombremse 12a zur Erzeugung eines mit einem Phasenwinkel der Nockenwelle 20a korrelierenden Bremsmoments und eine einstückig mit der Wirbelstrombremse 12a ausgebildete Ergänzungseinheit 14a, die dazu vorgesehen ist, die Wirbelstrombremse 12a in einem im Hinblick auf eine Brennkraftmaschinendrehzahl unteren Betriebsbereich in ihrer Stellfunktion zu ergänzen bzw. zu ersetzen (Figur 2) . Die Wirbelstrombremse 12a umfasst einen Rotor 16a, einen Stator 21a, eine auf den Stator 21a aufgebrachte Erregerspule 22a, eine am Rotor 16a befestigte, bandförmige bzw. hülsenförmige Wirbelstromeinheit 23a aus Kupfer und eine beidseitig zu der Wirbelstromeinheit 23a angeordnete Polstruktur 24a. Anstatt aus Kupfer könnte die Wirbelstromeinheit 23a auch aus einem anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Material hergestellt sein, wie beispielsweise aus Aluminium usw. Die Polstruktur 24a weist gegenüberliegende Pole auf (Figur 3) , wobei diese jedoch auch versetzt angeordnet sein könnten (Figur 4) .
Die Ergänzungseinheit 14a ist von einer Verriegelungseinheit gebildet, mittels der das Sonnenrad 18a und der Planetenträger 19a drehfest koppelbar sind. Der Rotor 16a ist hierfür in axialer Richtung verschiebbar ausgebildet und weist auf einer dem Stator 21a der Wirbelstrombremse 12a abgewandten Seite eine Verzahnung 25a auf, die mit einer an den Planetenträger 19a angeformten Verzahnung 26a zur Verriegelung in Eingriff gebracht werden kann (Figur 2) .
Beim Starten der Brennkraftmaschine wird kurz vor Erreichen einer Leerlaufdrehzahl die Ergänzungseinheit 14a entriegelt, indem die Erregerspule 22a bestromt wird und dadurch der Ro- tor 16a aus seiner Verriegelungsstellung entgegen einer Federkraft einer nicht näher dargestellten Feder in Richtung des Stators 21a gezogen wird, so dass das Sonnenrad 18a und der Planetenträger 19a mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen können und eine Verstellung eines Phasenwinkels der Nockenwelle 20a ermöglicht wird.
Soll anschließend eine konstante Phasenlage der Nockenwelle 20a eingestellt werden, wird mittels der Wirbelstrombremse 12a ein Bremsmoment erzeugt, so dass sich die Nockenwelle 20a mit halber Kurbelwellendrehzahl dreht. Soll eine Einstellung nach Früh vorgenommen werden, wird das Bremsmoment gegenüber dem Bremsmoment bei konstantem Phasenwinkel erhöht. Soll eine Einstellung nach Spät vorgenommen werden, wird das Bremsmoment gegenüber dem Bremsmoment bei konstantem Phasenwinkel reduziert .
Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird unterhalb der Leerlaufdrehzahl die Ergänzungseinheit 14a wieder verriegelt, indem die Erregerspule 22a abgeschaltet wird und der Rotor 16a mittels der Federkraft der Feder in axialer Richtung zum Planetenträger 19a verschoben wird, so dass der Rotor 16a und damit das Sonnenrad 18a formschlüssig in Umfangsrichtung mit dem Planetenträger 19a gekoppelt wird, wodurch anschließend das Sonnenrad 18a und der Planetenträger 19a und damit die gesamte Umlaufgetriebeeinheit 10a als Einheit umlaufen. Anstatt oder zusätzlich zu der Erregerspule 22a könnte auch zumindest eine weitere Spule und/oder ein alternativer Aktuator vorgesehen sein, um den Rotor 16a in axialer Richtung zu verschieben .
In den Figuren 5 bis 12 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert, wobei zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele den Bezugszeichen die Buchstaben a - d hinzugefügt sind. Ferner kann bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 4 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 4.
In Figur 5 ist eine Nockenwellenstellvorrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die eine Vorübersetzungsstufe 17b aufweist, die zwischen einer Bremseinheit IIb und einer Umlaufgetriebeeinheit 10b angeordnet und die zur Drehzahlerhöhung in Richtung der Bremseinheit IIb vorgesehen ist. Die Vorübersetzungsstufe 17 weist ein mit einem Sonnenrad 18b gekoppeltes erstes Stirnrad 27b und ein mit dem Stirnrad 27b kämmendes zweites Stirnrad 28b auf, das mit einer Eingangswelle der Bremseinheit IIb gekoppelt ist.
Die Bremseinheit IIb umfasst eine Wirbelstrombremse 12b zur Erzeugung eines mit einem Phasenwinkel der Nockenwelle 20b korrelierenden Bremsmoments Mb und eine Ergänzungseinheit 14b, die dazu vorgesehen ist, die Wirbelstrombremse 12b in einem im Hinblick auf eine Brennkraftmaschinendrehzahl unteren Betriebsbereich 15b in ihrer Stellfunktion zu ergänzen bzw. zu ersetzen (Figuren 6 und 7) . Die Wirbelstrombremse 12b umfasst einen Rotor 16b, einen Stator 21b, eine auf den Stator 21b aufgebrachte Erregerspule 22b, eine am Rotor 16b befestigte, scheibenförmige Wirbelstromeinheit 23b aus Kupfer und eine beidseitig zu der Wirbelstromeinheit 23b angeordnete Polstruktur 24b.
Die Ergänzungseinheit 14b ist von einer Verriegelungseinheit gebildet, mittels der das Sonnenrad 18b und ein Planetenträger 19b der Umlaufgetriebeeinheit 10b drehfest verbindbar sind. In Figur 7 ist ein Verlauf eines Bremsmoments Mb der Bremseinheit üb über einer Brennkraftmaschinendrehzahi n der Nockenwellenstellvorrichtung aus Figur 5 dargestellt. Eine Linie 29b kennzeichnet dabei einen theoretischen Verlauf eines sich allein durch Wirbelstromanteile einstellenden Moments ohne die Vorübersetzungsstufe 17b, eine Linie 30b kennzeichnet einen theoretischen Verlauf eines sich allein durch Wirbelstromanteile einstellenden Moments mit der Vorübersetzungsstufe 17b, und eine Linie 31b kennzeichnet einen Verlauf eines sich durch Wirbelstromanteile und Hystereseanteile 13b einstellenden Moments mit der Vorübersetzungsstufe 17b.
Beim Starten der Brennkraftmaschine wird kurz vor Erreichen einer Leerlaufdrehzahl 32b die Ergänzungseinheit 14b entriegelt, und zwar sobald von der Wirbelstrombremse 12b ein ausreichendes Bremsmoment 35b aufgebracht werden kann. Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird unterhalb der Leerlaufdrehzahl die Ergänzungseinheit 14b wieder verriegelt, so dass eine Verstellung eines Phasenwinkels der Nockenwelle 20b unterbunden ist. Dabei stellt sich ein im Wesentlichen an einer Senkrechten gespiegelter Verlauf des Bremsmoments Mb ein.
In Figur 8 ist eine Nockenwellenstellvorrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die eine Vorübersetzungsstufe 17c aufweist, die zwischen einer Bremseinheit 11c und einer Umlaufgetriebeeinheit 10c angeordnet und die zur Drehzahlerhöhung in Richtung der Bremseinheit 11c vorgesehen ist. Die Umlaufgetriebeeinheit 10c weist ein zweistufiges Stufensonnen- rad 18c auf, das einstückig mit einem Stirnrad 27c der Vorübersetzungsstufe 17c ausgebildet ist, wobei das Stirnrad 27c einen größeren Durchmesser aufweist als ein mit Planeten der Umlaufgetriebeeinheit 10b kämmender Teil des Stufensonnenrads 18c. Die Bremseinheit 11c umfasst eine Wirbelstrombremse 12c zur Erzeugung eines mit einem Phasenwinkel einer Nockenwelle 20c korrelierenden Bremsmoments und eine Ergänzungseinheit 14c, die dazu vorgesehen ist, die Wirbelstrombremse 12c in einem im Hinblick auf eine Brennkraftmaschinendrehzahl unteren Betriebsbereich in ihrer Stellfunktion zu ergänzen bzw. zu ersetzen ( Figur 9) .
Die Ergänzungseinheit 14c ist von einer Verriegelungseinheit gebildet, mittels der das Stufensonnenrad 18c und die Nockenwelle 20c drehfest verbindbar sind und damit eine Phasenverstellung unterbindbar ist.
Die Wirbelstrombremse 12c umfasst einen Rotor 16c, einen Stator 21c, eine auf den Stator 21c aufgebrachte Erregerspule 22c, eine am Rotor 16c befestigte, bandförmige bzw. hülsen- förmige Wirbelstromeinheit 23c und eine einseitig zu der Wirbelstromeinheit 23c angeordnete Polstruktur 24c, die in axialer Richtung zwei hintereinander angeordnete, unterschiedlich gepolte Wirkbereiche umfasst (Figuren 9 und 10) . Die Wirbelstromeinheit 23c ist zweischichtig aufgebaut, und zwar weist die Wirbelstromeinheit 23c auf einer der Polstruktur 24c zugewandten, radial inneren Seite eine nicht weichmagnetische Schicht 33c aus Kupfer und auf einer der Polstruktur 24c abgewandten, radial äußeren Seite eine weichmagnetische Schicht 34c aus Eisen auf. Mittels der weichmagnetischen Schicht 34c kann ein vorteilhafter Rückfluss erzielt werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Materialien oder es ist auch eine einschichtige Wirbelstromeinheit 23c denkbar.
In Figur 11 ist eine Nockenwellenstellvorrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die eine Vorübersetzungsstufe 17d aufweist, die zwischen einer Bremseinheit Hd und einer Umlaufgetriebeeinheit 10d angeordnet und die zur Drehzahler- höhung in Richtung der Bremseinheit Hd vorgesehen ist. Die uuiiαuiycLiicucciiniciL iuu WGXO L. cxii ounncniαu xou mx ι_ ciiici nach außen in Richtung der Bremseinheit Hd geführten durchgehenden Verzahnung auf, das einstückig mit einem Stirnrad 27d der Vorübersetzungsstufe 17d ausgebildet ist.
Die Bremseinheit Hd umfasst eine Wirbelstrombremse 12d zur Erzeugung eines mit einem Phasenwinkel einer Nockenwelle 2Od korrelierenden Bremsmoments und eine Ergänzungseinheit 14d, die dazu vorgesehen ist, die Wirbelstrombremse 12d in einem im Hinblick auf eine Brennkraftmaschinendrehzahl unteren Betriebsbereich in ihrer Stellfunktion zu ergänzen bzw. zu ersetzen (Figuren 11 und 12) .
Die Ergänzungseinheit 14d ist von einer Verriegelungseinheit gebildet, mittels der das Sonnenrad 18d und die Nockenwelle 2Od drehfest verbindbar sind.
Die Wirbelstrombremse 12d umfasst einen Rotor 16d, einen Stator 21d, eine auf den Stator 21d aufgebrachte Erregerspule 22d, eine am Rotor 16d befestigte, scheibenförmige Wirbelstromeinheit 23d aus Kupfer und eine einseitig zu der Wirbelstromeinheit 23d angeordnete Polstruktur 24d, die in radialer Richtung zwei hintereinander angeordnete, unterschiedlich gepolte Wirkbereiche umfasst.
DaimlerChrysler AG
Bezugszeichen
10 Umlaufgetriebeeinheit n Brennkraftmaschinendrehzahl
11 Bremseinheit M Bremsmoment
12 Wirbelstrombremse
13 Hystereseanteil
14 Ergänzungseinheit
15 Betriebsbereich
16 Rotor
17 Vorübersetzungsstufe
18 Sonnenrad
19 Planetenträger
20 Nockenwelle
21 Stator
22 Erregerspule
23 WirbelStromeinheit
24 Polstruktur
25 Verzahnung
26 Verzahnung
27 Stirnrad
28 Stirnrad
29 Linie
30 Linie
31 Linie
32 Leerlaufdrehzahl
33 Schicht
34 Schicht
35 Bremsmoment

Claims

na i rn l o rrh ryς l p r AGPatentansprüche
1. Nockenwellenstellvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Bremseinheit (IIa - lld) , die wenigstens eine Wirbelstrombremse (12a - 12d) zur Erzeugung eines mit einem Phasenwinkel einer Nockenwelle (20a - 2Od) korrelierenden Bremsmoments (Mb) aufweist, und mit einer Ergänzungseinheit (14a - 14d) , die dazu vorgesehen ist, die Wirbelstrombremse (12a - 12d) in zumindest einem Betriebsbereich (15b) in ihrer Stellfunktion zumindest zu ergänzen.
2. Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergänzungseinheit (14a - 14d) von einer Verriegelungseinheit gebildet ist.
3. Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergänzungseinheit (14a) zumindest teilweise einstückig mit der Wirbelstrombremse (12a) ausgebildet ist.
4. Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrombremse (12a) einen in axialer Richtung verschiebbaren Rotor (16a) aufweist.
5. Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Vorϋbersetzungsstufe (17b - 17d) , die vor der Bremseinheit (IIb - lld) angeordnet und die zur Drehzahlerhöhung in Richtung der Bremseinheit (IIb - lld) vorgesehen ist.
6. Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umlaufgetriebeeinheit (10c, 1Od) zumindest teilweise einstückig mit der Vorübersetzungsstufe (17c, 17d) ausgebildet ist.
7. Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrombremse (12a, 12b) eine zu einem Rotor (lβa, 16b) beidseitig angeordnete Polstruktur (24a, 24b) aufweist .
8. Brennkraftmaschine mit einer Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Verfahren mit einer Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrombremse (12a - 12d) mittels der Erganzungs- einheit (14a - 14d) in zumindest einem Betriebsbereich (15b) in ihrer Stellfunktion zumindest ergänzt wird.
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