WO2010054915A1 - Verstellsystem für nockenwellen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verstellsystem für nockenwellen einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2010054915A1
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electromagnet
lining carrier
spring
force
control
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Jochen Walliser
Frank Richter
Ewald Schmitz
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F01L2001/3522—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear with electromagnetic brake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism
    • F01L2800/12—Fail safe operation

Definitions

  • Adjustment system for camshafts of an internal combustion engine with emergency function comprising a superposition gearbox with an Antrlebsetement driven by a crankshaft of the internal combustion engine, a camshaft of the engine Anretenden AMrfebseiement and an actuating element, by means of a device for applying a variable braking torque for normal operation on the actuating element Relative rotation between the Antrtebselement and the driven element cause lasing whereby in the event of failure of the device and / or its control by braking or plague setting of the actuating element, an emergency stop position of the camshaft can be reached and maintained
  • Veratstmotor designed as a permanent magnet motor, whose stator is rotatably verestiden with the cylinder head of the internal combustion engine ⁇ iuss the rotor must be controlled so that it is in stationary operation, ie if eirie vo ⁇ phase position of the Antrlesbs ⁇ tem ⁇ nts, which is driven by the crankshaft of the internal combustion engine, In order to adjust the camshaft to "early” or “late”, this rotor is momentarily slowed down or rotated as the drive element is driven in rotation until the output element drives the camshaft and reaches the same speed as the afitrating element desired phase position is reached
  • a Verateümotor designed as a permanent magnet motor has according to DE 10220687 A1 a SeJbsthaltemoment which increases from a central position in both directions of rotation to a maximum and then drops again.
  • the self-holding torque is the maximum torque with which one can statically load a non-excited Verstettmotor without causing un Eisenf ⁇ rmlge but continuous rotation.
  • This self-holding torque may be sufficient to cause an adjustment of the actuator in a Notiaufposition when the voltage application of the servomotor and / or its control fails If this S ⁇ lbstnaltemo- ment for setting the actuator is not sufficient, must additionally by a zyiinderkopfr ⁇ ste, mechanically or electrically acting brake an external braking torque can be applied. In a stator rotating with the drive element, this zyfinderkopffssto, mechanically or electrically acting brake is even mandatory er Weglich.
  • a V ⁇ f ⁇ telrvortechnische for a camshaft soft one driven by a crankshaft of the BrennkraftmascW- ne Antrieb ⁇ el ⁇ ment an output driving the Nockenweile output member and an actuating element which is acted upon by a brake with a braking force.
  • the design of the adjusting device allows any phase angle between the drive element and the driven element.
  • the brake is considered to be a non-contacting, electromagnetic
  • a hysteresis brake is used whose braking torque is independent of the speed
  • 011 806 A1 has a brake system as well as a ⁇ berlagerungsgetriebe drivingly connected to the camshaft of the engine and having a camshaft, wherein the superposition gear for diverting the camshaft discharges a part of the driving-energy into the brake system
  • the braking system designed as a frictional braking system, the required braking force is generated above a beflndüchen in continuous slip friction lining.
  • the invention has for its object to provide a VersteHsystem for camshafts of an internal combustion engine with emergency function, which is simple and easy to control
  • a VersteHsystem of the type mentioned above comprising a ⁇ beriagerungsgetriebe with a driven by a crankshaft of the Brennkraftmaschin ⁇ drive element, a camshaft of the internal combustion driving Abtriebs ⁇ tem ⁇ nt and a SteUetement, through which by means for applying a changeable for normal operation braking torque the actuator causes a positive displacement between the Antri ⁇ bseJement and the driven element laset, wherein in case of failure of the device and / or their control by braking or setting the Stelielements an emergency position of the camshaft is achievable and durable, achieved by a Belagtrao
  • the device is axially displaceable and non-rotatably arranged on a WeUe carrying the control element that the braking torque for Normato ⁇ trieb means of on the lining carrier against the force of a spring and non-contact, fixed and can be acted upon with different voltage electromagnets changeable, and that the lining carrier in case of failure of Span ⁇ tionbe
  • the electromagnet In normal operation, the electromagnet is subjected to an electrical voltage which is variable depending on the predetermined phase angle between the crankshaft and the camshaft in hrer height, whereby the contact force of the spring against the fixed Gegenretoflache is more or less reduced, so that the SteHelement can rotate relative to the A ⁇ technisch ⁇ lement until the predetermined phase angle is reached
  • the electromagnet is arranged with respect to the lining carrier and the frictional surface in such a way that during normal operation the braking torque acting between the lining carrier and the counterreleasable catch arranged on one side of the lining carrier is exerted by the electromagnet with a variable voltage up to generated to complete concern of the pad carrier on the G ⁇ g ⁇ nreib Results against the force of the spring and the braking torque for the emergency position in case of failure of the voltage application of the electromagnet and / or its control by pressing the pad carrier by the spring force against a arranged on the other side of the pad carrier sound, fixed counter friction generated wiid.
  • the upper-bearing transmission is formed as a planetary gear, with a ring gear consisting of a Abtriebseiement, consisting of a Plan ⁇ tentrager drive element with Ptan ⁇ tenra- d ⁇ m and with a consisting of a sun gear actuator, wherein the Plan ⁇ tentrag ⁇ f has at least one circular arc, radially spaced from a rotational axis recess wherein the ring gear has at least one axially projecting cam engaging in the recess, and wherein circumferentially objectionable end surfaces of the at least one recess form stops for the at least one control cam and represent the extreme camshaft posture relative to the drive member.
  • a ring gear consisting of a Abtriebseiement, consisting of a Plan ⁇ tentrager drive element with Ptan ⁇ tenra- d ⁇ m and with a consisting of a sun gear actuator, wherein the Plan ⁇ tentrag ⁇ f has at least one circular arc, radially spaced from a rotational
  • the cooperating Ste ⁇ emase at the output element forming ring gear can run up to reaching the cam surface upon application of the electromagnet with a corresponding electrical voltage and reversing the forces acting in Matterlager- transmission gear moments on the ramp.
  • the pressure plate is displaced axially, after which the phase angle between the drive element and the output element can be changed with a constant bias of the spring acting on the lining carrier
  • the end region of the cam surface can also be formed as a locking tare, in which the Steuemase position when reaching the emergency, even with the occurrence of increased torques, such as breakaway torque, is held securely. In this case, it is necessary to remove the thrust washer by external Bebe action to move axially, if the locking of the Steume ⁇ is to be lifted at the ring gear in Verriegeiungstasche.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a erfindung ⁇ selfen adjustment system according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective view of a drive element designed as planet carrier in a planetary gear
  • FIG. 3 shows a perspective view of an output element designed as a HoNrad in a planetary gear b ⁇
  • FIG. 4 shows a first embodiment of a pressure disk in the adjustment system according to FIG. 1, FIG.
  • Fig. S shows a second embodiment of a pressure plate in an adjustment according to Rg. 1.
  • FIG. 6 is a sectional view of a second embodiment of the adjustment system according to the invention.
  • the Versteltevst ⁇ m according to Rg. 1 comprises a trained as a planetary gear Oberlagerungsgetriebe with a ring gear 1, which forms the output element, with a Ptanetenarme 2 with a sprocket for connecting the same with a crankshaft of an internal combustion engine by means of a red or tooth chain, which bathes the drive element on Bearing axes 23 rotatably mounted planetary gears 3 and with a stored on a central shaft S sun gear 4 as StettelemenL the output element 1, a camshaft 21 is driven in Zyflnderkopf the BrennkraftmaschJne.
  • the output element 1 is connected to the camshaft 21 by means of a screw rotatable test.
  • a stationary component 6 of the internal combustion engine which may be part of its cylinder head, carries a counter friction surface 7, which interacts with a lining carrier 8 provided with a friction lining 9.
  • the lining carrier 8 switches on the shaft 5 against the force of a spring 10 which is shown in FIG Exemplary embodiment is designed as a plate spring, rotatably arranged and mounted axially displaceable against a stop 28
  • the axial displacement of the pad carrier 8 is effected by an electromagnet 11 which is fixedly mounted in the component 8
  • the stop 28 formed on the WeIe 5 limits the axial movement of the pad carrier 8 upon application of the electromagnet 11 with a voltage such that no contact and thus no Friction between the lining carrier 8 and the electromagnet 11 occurs.
  • a thrust washer 12 is mounted rotatably on a rotatable sleeve 17 by means of a roller bearing 19, the sleeve 17 being axially displaceable on the shaft S by the force of the spring 10.
  • the thrust washer 12 engages with diametrically opposed control cam 13 in circular arc-shaped recesses 15 of FIG Antriebseiements 2 a.
  • the extent of the control cam 13 in the circumferential direction corresponds to the extent of the recesses 15 in the circumferential direction, so that the pressure plate 12 rotates with the drive element 2 substantially free of play, but is axially displaceable
  • control lugs 18 On the electromagnet 11 facing end face of the output element formed as a ring gear 1 diametrically opposite control lugs 18 are arranged which also engage in the recesses 15.
  • the recesses 15 have end surfaces 27 which form stops for the control elements 18 so that the driven element 1 can assume two extreme positions relative to the drive element 2 when the control lugs 16 abut the one or the other end surface 27 of the recesses 15. These extreme positions correspond to the maximum displacement angle of the output element 1 with respect to the drive element 2 between the stages .spar and .früh. "One of the extreme stanchions simultaneously forms an emergency running position.
  • the depression at the end of the cam surface 20 is formed as a ramp 14, which receives in each case a control cam 16 in the V ⁇ rriegelungsposftlon and allows Ausgieiten the control cam 16 under certain conditions.
  • the output element 1 and the Antri ⁇ bsetem ⁇ nt 2 are mounted on the sun gear 4 by means of roller bearings 18.
  • the planet gears 3 mesh in a known manner with their teeth on the one hand with the external teeth of the sun gear 4 and with the internal teeth of HoNrades. 1
  • the operation of the adjustment system of FIG. 1 is the following:
  • the axial movement of the Beiagtrager «8 is limited by the stop 28 so that it does not come to rest the pad carrier 8 on the electromagnet 11 when it is acted upon by the maximum electrical voltage and the friction lining 9 is completely lifted off the Beiagtrager 8 front Jacobreib simulation 7, so that no unwanted friction between the Beiagtrager 8 and the electromagnet 11 may occur.
  • the Beiagtrager 8 and the spring 10 are mounted directly on the time 5, without additional support on the electromagnet 11, which can stand further storage between the electromagnet 11 and the time 5 save.
  • the embodiment according to Rg. ⁇ has instead of the thrust washer 12 an additional counter friction surface 24 on the stationary component 6, which is arranged with respect to the counter friction surface 7 on the other side of the lining carrier 8, which on one axial side a friction lining 9 and on the opposite lying side a Notfaufrelbbelag 26 carries
  • the electromagnet 11 is arranged in this Ausfschreibungsbeispiel on the side of the Gegenretoflache 7 and pulls the lining carrier 8 against the force of the spring 10, which is supported on a stop 25 on the sun gear 4 against the Gegenreib configuration 7. Also limited in this case a stop 29 on the sun gear 4, the axial displaceability of the lining carrier 8, so that it does not come into contact with the electromagnet 11.
  • the electromagnet 11 If the electromagnet 11 is de-energized, then the spring 10 presses the bearing support 8 against the stationary counter-friction surface 24, such that due to the frictional torque occurring as a result of this, the emergency bearing 8 Position of the ring gear 1 and the camshaft 21 is taken on rotation of the drive element 2.
  • an adjustable electrical voltage of the friction lining 9 of the lining carrier 8 is pressed against the reibegenreibflache 7 more or less strongly whereby, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, an adjusted for adjusting the phase angle of the camshaft 21 to the respective desired phase angle friction torque is generated and this phase angle is hardened.
  • the extreme slopes of the output element 1 with respect to the drive element 2 are also determined here by recesses 15 imAntri ⁇ bs ⁇ LE- ment 2 and control lugs 16 on the output element 1, while intermediate positions by the adjustable by means of the electromagnet 11 braking torque between the friction lining 9 on the lining carrier 8 and the Gegenreibflache. 7 be determined.

Abstract

Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine mit Notlauffunktion, umfassend ein Überlagerungsgetriebe (1, 2, 3, 4) mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement (2), einem eine Nockenwelle (21) der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement (1) und einem Stellelement (4), durch das sich mittels einer Einrichtung (7, 8, 9, 10, 11) zum Aufbringen eines für den Normalbetrieb veränderbaren Bremsmoments auf das Stellelement (4) eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement (2) und dem Abtriebselement (1) bewirken lässt, wobei dem Ausfall der Einrichtung (7, 8, 9, 10, 11) und/oder ihrer Steuerung durch Abbremsen bzw. Festsetzen des Stelleelements (4) eine Notlaufposition der Nockenwelle (21) erreichbar und haltbar ist. Dieses Verstellsystem ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Belagträger (8) der Einrichtung (7, 8, 9, 10, 11) axial verschiebbar und drehfest auf einer das Stellelement (4) tragenden Welle (5) angeordnet ist, dass das Bremsmoment für den Normalbetrieb mittels eines auf den Belagträger (8) gegen die Kraft einer Feder (10) und berührungslos wirkenden, feststehenden sowie mit unterschiedlicher Spannung beaufschlagbaren Elektromagneten (11) veränderbar ist, und dass der Belagträger (8) beim Ausfall der Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten (11) und/oder seiner Steuerung durch die Kraft der Feder (10) gegen eine feststehende Gegenreibfläche (7, 24) pressbar und dadurch die Notlaufposition einstellbar ist.

Description

Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine
Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine mit Notlauffunktion, umfassend ein Oberiagerungsgetriebe mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antrlebsetement, einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antretenden AMrfebseiement und einem Stellelement, durch das sich mittels einer Einrichtung zum Aufbringen eines für den Normalbetrieb veränderbaren Bremsmoments auf das Stellelement eine Relativdrehung zwischen dem Antrtebselement und dem Abtriebselement bewirken läset wobei bei Ausfall der Einrichtung und/oder ihrer Steuerung durch Abbremsen bzw. Pestsetzen des Stelelements eine Notlaufposition der No- ckenweHe erreichbar und haltbar ist
Bn derartiges Verstellsystem ist in der DE 10220687 A1 beschrieben. Bei diesem VersteRsystem wird ein Verstellmotor verwendet, dessen Stator entweder mit dem Zylinderkopf, in dem die Nockβnwefle gelagert ist, fest ver- bunden ist und dessen Rotor auf das Antriebselement des Überlagerungsgetriebes wirkt, oder dessen Stator mft dem Aifitileb wobei der Rotor ebenfalls auf das Stellelement des Oberiagerungsgetriebes wirkt Der Verstelmotor kann als Permanerrtmagnβtvβrstellmotor oder als fremderregter Gleichstrommotor ausgebildet sein. Bei einem als Permanent- magnetmotor ausgebildeten Veratstmotor, dessen Stator drehtest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verburiden ist πiuss der Rotor so angesteuert werden, dass er im stationären Betrieb, wenn also eirie vo^ Phasenlage des Antrlebsβtemβnts, das von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird, gegenüber dem Abtriebselement das die Nockenwel- Ie antreibt einen vorgegebenen Wert erreicht hat mit derselben Drehzahl wie das Afitriebseiement umlauft Zum Verstellen der Nockenwelle auf .früh" oder .spät" wird dieser Rotor kurzzeitig langsamer oder schneier aJs das Antriβbs- elβment In Drehung versetzt bis die gewünschte Phasenlage erreicht ist Ein solcher, als Permanentmagnetmotor ausgebildeter Verateümotor weist gemäß der DE 10220687 A1 ein SeJbsthaltemoment auf, das von einer Mittellage aus in beide Drehrichtungen bis zu einem Maximum ansteigt und danach wieder abfällt. Das Selbsthaltemoment ist das maximale Drehmoment, mit dem man einen nicht erregten Verstettmotor statisch belasten kann, ohne eine ungleichfδrmlge aber kontinuierliche Drehung hervorzurufen. Dieses Selbsthaltemoment kann ausreichen, um ein Verstellen des Stellelements In einer Notiaufposition zu bewirken, wenn die Spannungsbeaufschlagung des Stellmotors und/oder dessen Steuerung ausfallt Reicht dieses Sβlbstnaltemo- ment zum Festsetzen des Stellelements nicht aus, muss zusätzlich durch eine zyiinderkopfrβste, mechanisch oder elektrisch wirkende Bremse ein externes Bremsmoment aufgebracht werden. Bei einem mit dem Antriebselement rotierenden Stator ist diese zyfinderkopffssto, mechanisch oder elektrisch wirkende Bremse sogar zwingend erförderlich.
Der Aufbau eines derartigen als Perrnanentmagnetrnotor oder als fremderregter Gleichstrommotor ausgebildeten Stettmotors ist kompHziert und erfordert eine aufwendige Steuerung. Durch die zusätzlich erforderliche, zyHn- derkopflesto, mechanisch oder elektrisch wirkende Bremse wird dieser Aufbaut noch aufwendiger.
Weiter ist aus der DE 103 δδ δβO A1 eine Vβfβtelrvorrichtung für eine Nockenwelle bekannt, weiche ein von einer Kurbelwelle der BrennkraftmascW- ne angetriebenes Antriebβelβment ein die Nockenweile antreibendes Abtriebs- eiement und ein Stellelement aufweist welches von einer Bremse mit einer Bremskraft beaufschlagt wird. Durch eine Variation des Bremβmomentes am Stolieiement ist eine Relativdrehung zwischen dem Antriebβelement und dem Abtriebselement erreichbar. Dabei lässt die Bauform der Verstellvorrichtung beliebige Phasenwinkel zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebsβle- ment zu. Die Bremse ist als eine berQhrungslos arbeitende, elektromagnetische Bremse ausgeführt Vorzugsweise wird eine Hysteresebremse verwendet, deren Bremsmoment unabhängig von der Drehzahl ist
Weitere Verstellvorrichtungen für eine Nockenwelle einer Brennkraftma- schine sind aus der DE 102004043548 A1 , DE 102004033522 A1 und DE
102006011 800 A1 bekannt Die VereteilvorricMimg gemäß der DE 102006
011 806 A1 weist ein Bremssystem sowie ein mit einer Nockenwelle abtriβbs- serüg und mit der Kurbeiweile der Brennkraftmaschine antriebsβeltig verbundenes Öberlagerungsgetriebe auf, wobei das ύberiagerungsgetriebe zum Versteilen der Nockenwelle einen Teil der antriebsseHigen Energie in das Bremssys- tβm abführt Gemäß einem weiteren Merkmal dieser bekannten VereteNvorrich- tung ist das Bremssystem als reibschlüssiges Bremssystem ausgebildet, wobei die erforderfche Bremskraft Ober einen im Dauerschlupf beflndüchen Reibbelag erzeugt wird.
Vor diesem Hinteigrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein VersteHsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine mit Notlauffunktion zu schaffen, das einfach aufgebaut und leicht steuerbar ist
Diese Aufgabe wird bei einem VersteHsystem der eingangs erwähnten Art, umfassend ein Öberiagerungsgetriebe mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschinβ angetriebenen Antriebselement, einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebsβtemβnt und einem SteUetement, durch das sich mittels einer Einrichtung zum Aufbringen eines für den Normalbetrieb veränderbaren Bremsmoments auf das Stellelement eine Rβtativdrβ- hung zwischen dem AntriβbseJement und dem Abtriebselement bewirken laset, wobei bei Ausfall der Einrichtung und/oder ihrer Steuerung durch Abbremsen bzw. Festsetzen des Stelielements eine Notlauf position der Nockenwelle er- reichbar und haltbar ist, dadurch gelöst, dass ein Belagtrao^r der Einrichtung axial verschiebbar und drehfest auf einer das Stellelement tragenden WeUe angeordnet ist dass das Bremsmoment für den Normatoβtrieb mittels eines auf den Belagträger gegen die Kraft einer Feder und berührungslos wirkenden, feststehenden sowie mit unterschiedlicher Spannung beaufschlagbaren Elektromagneten veränderbar ist, und dass der Belagträger beim Ausfall der Span» nungsbeaufschiagung des Elektromagneten und/oder seiner Steuerung durch die Kraft der Feder gegen eine feststehende Gegenreibflfiche pressbar und dadurch die Notlaufposition einstellbar ist
Bei dem erfindungsgem&ßen Verstellsystem ist demnach kein Stellmotor erforderlich, da der Belagträger, der mit dem Stellelement drehfest aber axial verschiebbar verbunden ist, beim Ausfall der Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten und/oder seiner Steuerung gegen die feststehende Gegen- retofläche gepresst wird und dadurch die Notlaufposition βingesteit wird.
Im Normalbetrieb wird der Elektromagnet mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, die in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Phasenwinkel zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle in hrer Höhe veränderbar ist, wodurch die Anpresskraft der Feder gegen die feststehende Gegenretoflache mehr oder weniger vermindert wird, so dass sich das SteHelement gegenüber dem Aπtriebββlement verdrehen kann, bis der vorgegebene Phasenwinkel erreicht ist
Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellsys- tems ist der Elektromagnet derartig bezüglich des Belagträgers und der Gegβn- reibfläche angeordnet, dass Im Normalbetrieb das zwischen dem Belagträger und der auf einer Seite des Belagträgers angeordneten Gegenrelbfiftche wirkende Bremsmoment durch Beaufschlagung des Elektromagneten mit einer veränderbaren Spannung bis zum vollständigen Anliegen des Belagträgers an der Gβgβnreibfläche gegen die Kraft der Feder erzeugt und das Bremsmoment für die Notlaufposition bei Ausfall der Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten und/oder seiner Steuerung durch Anpressen des Belagträgers durch die Federkraft gegen eine auf der anderen Seite des Belagträgers angeordne- ton, feststehenden Gegenreibfläche erzeugt wiid.
In beiden Varianten ist demnach nur ein mit einer veränderlichen Spannung beaufschlagbarer Elektromagnet erforderlich, um das für die Einstellung des Phasenwinkete veränderbare Bremsmoment zu erzeugen, während das für das Erreichen der MotJaufposHion erforderliche Bremsmoment durch eine Federkraft bewirkt wird.
Vorzugsweise ist das Oberlagerungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet, mit einem aus einem Hohlrad bestehenden Abtriebseiement, mit einem aus einem Planβtentrager bestehenden Antriebselement mit Ptanβtenra- dβm und mit einem aus einem Sonnenrad bestehenden Stellelement, wobei der Planβtentragβf wenigstens eine kreisbogenförmige, von einer Drehachse radial beanstandete Ausnehmung aufweist, wobei das Hohlrad wenigstens eine axial hervorstehende, in die Ausnehmung eingreifende Steuernase aufweist, und bei dem in Umfangsrichtung beanstandende Endflächen der wenigstens einen Ausnehmung Anschlage für die wenigstens eine Steuernase bilden und die extremen Vereteltetellposttionβn der Nockenwelle relativ zum Antriebsetement darstellen.
Diese extremen VersteHstellpoβWonen entsprechen dem maximalen Phasenwinkel in Richtung .früh" und in Richtung .spat", und eine dieser extremen VersteHstellpositionen entspricht gleichzeitig der Notlaufposition, die dann erreicht wird, wenn die Spannungsbeaufschlagung und/oder die Steuerung des Elektromagneten ausfällt und der Betagtrager durch Federkraft gegen eine feststehende Gegenrelbfläche gepresst wird, während die entgegen gesetzte Position erreicht wird, wenn der Belagtrager vollständig durch die entsprechende Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten ohne Berührung mit der feststehenden Gegenreibfläche ist
In der Notlaufposition liegt der Belagtrager mit der vollen Federkraft an der Gegenreibfläche an, so dass ein entsprechendes Bremsmoment erzeugt wird, das bei laufender Verbrennungslσafftmaschlne in dieser Notlaufposition eine dauernde Reibung und damit Erwärmung bewirkt Um diese Reibungswärme und den damit verbundenen Verschleiß zu vermindern, läset sich auf der Weile für das als Sonnenrad ausgebildete Stβllelement eine durch die Federkraft axial entgegen gesetzt zum Belagtrδger verschiebbare Druckscheibe drehbar lagern, deren wenigstens einer axial ausgerichteter Stβuemocken in die Ausnehmung im eis Planetenträgβr ausgebildeten Antriebsβtement eingreift und dadurch mit dem den Planetenträger drehfest aber axial verschiebbar gekuppelt ist, wobei ein Endbereich einer Nockenftäche des Stβuemockens, welcher der Notlauf position entspricht, gegenüber der Nockenfläche abgesenkt ausgebildet ist und die wenigstens eine Steuemasβ am Hohlrad in der Notlaufposition aufnimmt Durch diese Anordnung werden die auf den Belagträger wirkende Federkraft und damit das Bremsmoment vermindert, so dass beim Erreichen der Notlaufposition eine Obβfbeiastung des Reibbelags durch Ober- mäßige Erwärmung verhindert wird.
Wenn der abgesenkte Endbereich der Nockenflache als Rampe ausgebildet ist, kann die damit zusammenwirkende Steυemase am das Abtriebselement bildende Hohlrad bei Beaufschlagung des Elektromagneten mit einer entsprechenden elektrischen Spannung und Umkehrung der im Überlage- rungsgetriebe wirkenden Momente auf die Rampe bis zum Erreichen der Nockenflache auflaufen. Dadurch wird die Druckscheibe axial verschoben, wonach sich der Phasenwinkel zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bei konstanter Vorspannung der auf den Belagträger wirkenden Feder verändern lässt
Der Endbereich der Nockenfläche lässt sich auch als Verriegelungsta- sche ausbilden, in der die Steuemase bei Erreichen der Notlauf position auch bei Auftreten erhöhter Drehmomente, beispielsweise Losbrechmomentβ, sicher gehalten wird. In diesem Fall ist es erforderlich, die Druckscheibe durch äußer- Bebe Einwirkung axial zu verschieben, wenn die Verriegelung der Steuemaββ am Hohlrad in der Verriegeiungstasche aufgehoben werden soll.
Die Erf indung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Auβführungsbβisplθle weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungβgemäßen Verstellsystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
Rg.2 eine perspektivische Ansicht eines als Planetenträger in einem Planetengetriebe ausgebildeten Antriebselements,
Rg.3 eine perspektivische Ansicht eines als HoNrad in einem Planetenge- trtebβ ausgebildeten Abtriebselements,
Rg.4 eine erste Ausführungsform einer Druckscheibe im Verstellsystem gemäß Rg. 1,
Fig. S eine zweite Ausführungsform einer Druckscheibe in einem Verstellsystem gemäß Rg. 1. und
Rg.6 eine schβmattecnβ Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellsystems.
Das Versteltevstβm gemäß Rg. 1 umfasstein als Planetengetriebe ausgebildetes Oberlagerungsgetriebe mit einem Hohlrad 1, welches das Abtriebselement bildet, mit einem Ptanetenträger 2 mit einem Kettenrad zur Verbindung desselben mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mittels einer Roten- oder Zahnkette, der das Antriebselement badet, mit auf Lagerachsen 23 drehbar gelagerten Planetenrädem 3 und mit einem auf einer zentralen Weile S gelagerten Sonnenrad 4 als StettelemenL Ober das Abtriebselement 1 wird eine Nockenwelle 21 im Zyflnderkopf der BrennkraftmaschJne angetrieben. Hierzu ist das Abtriebselement 1 mit der Nockenwelle 21 mittels einer Verschraubung drehtest verbunden. Ein feststehendes Bauteil 6 der Brennkraftmaschine, das Teil deren Zy- linderkopfss sein kann, tragt eine Gegenreibfläche 7, die mit einem mit einem Reibbelag 9 versehenen Belagträger 8 zusammenwirkt Der Belagträger 8 tet auf der Weile 5 gegen die Kraft einer Feder 10, die im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel als Tellerfeder ausgebildet ist, drehfest angeordnet und axial bis gegen einen Anschlag 28 verschiebbar gelagert
Die axiale Verschiebung des Belagträgers 8 wird durch einen Elektromagneten 11 bewirkt, der im Bauteil 8 fest angeordnet ist Der auf der WeIe 5 ausgebildete Anschlag 28 beschränkt die Axialbewegung des Belagträgers 8 bei Beaufschlagung des Elektromagneten 11 mit einer Spannung derart, dass keine Berührung und damit keine Reibung zwischen dem Belagträger 8 und dem Elektromagneten 11 auftritt.
Eine Druckscheibe 12 ist mitteis eines Walzlagers 19 drehbar auf einer drehfesten Muffe 17 gelagert, wobei die Muffe 17 durch die Kraft der Feder 10 auf der Welle S axial verschiebbar ist Die Druckscheibe 12 greift mit diametral gegenüberliegend angeordneten Steuemocken 13 in kreisbogenförmige Aus* nehmungen 15 des Antriebseiements 2 ein. Die Erstreckung der Steuemocken 13 in Umfangsrichtung entspricht der Erstreckung der Ausnehmungen 15 in Umfangsrichtung, so dass sich die Druckscheibe 12 mit dem Antriebselement 2 im Wesentlichen spielfrei mitdreht, jedoch axial verschiebbar ist
Auf der dem Elektromagneten 11 zugewandten Stirnfläche des als Hohlrad ausgebildeten Abtriebselements 1 sind diametral gegenüberliegende Steuernasen 18 angeordnet die ebenfalls in die Ausnehmungen 15 eingreifen. Die Ausnehmungen 15 weisen Endflachen 27 auf, die Anschläge für die Steu- emasen 18 bilden, so dass das Abtriebselement 1 gegenüber dem Antriebselement 2 zwei Extremstellungen einnehmen kann, wenn die Steuemasen 16 an der einen oder der anderen Endflache 27 der Ausnehmungen 15 anliegen. Diese Extremstellungen entsprechen dem maximalen Verstellwinkel des Abtriebselements 1 gegenüber dem Antriebselement 2 zwischen den Stettungen .spar und .früh". Eine der ExtremsteHungen bildet gleichzeitig eine Notlaufposition.
Bei der Ausführυngsform der Druckscbeibe 12 gemäß Fig.4 endet eine Nockenflache 20 der Steuemocken 13 in einer als Verriegelungstasche 22 ausgebildeten Absenkung, die in der VerriβgeJungspostöon Jeweils einen Steuernocken 16 aufnimmt so dass das Abtrlebsetement 1 und das Antriebselement 2 in der Notlaufposition formschlüssig miteinander gekuppelt sind.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist die Absenkung am Ende der Nockenfläche 20 als Rampe 14 ausgebildet, die jeweils einen Steuemocken 16 in der Vβrriegelungsposftlon aufnimmt und ein Herausgieiten der Steuemocken 16 unter bestimmten Bedingungen ermöglicht.
Das Abtriebselement 1 und das Antriβbsetemβnt 2 sind auf dem Sonnenrad 4 mittels Wälzlagern 18 gelagert Die Planetenräder 3 kämmen In bekannter Weise mit ihrer Verzahnung einerseits mit der Außenverzahnung des Sonnenrads 4 sowie mit der Innenverzahnung des HoNrades 1.
Die Wirkungsweise des Verstellsystems gemäß Fig. 1 ist folgende:
Solange der Elektromagnet 11 mit keiner elektrischen Spannung beaufschlagt ist oder die Spannungβbeaufschlagung des Elektromagneten 11 oder seine Steuerung ausgefallen sind, wird der Reibbelag 9 am Betagträger 8 durch die Feder 10 gegen die feststehende Gegenreibfläche 7 gepresst Dreht sich dann das Antriebselement 2, so wird das Sonnenrad 4 auf der WeIe 5 durch das Brernsmoment zwischen dem Reibbelag θ und der Gegenreibfläche 7 festgehalten und die Nockenwelle 21 mit dem Antriebsetement 2 gedreht, bis sich die Druckscheibe 12 unter dem Einfluss der Kraft der Feder 10 durch Ver- schieben der Muffe 17 axial verschieben kann und die Steuernasen 16 in die durch die Rampe 14 gebildete Absenkung oder die Venfogekingstasche 22 eingreifen. Durch die Axiafoewegung der Druckscheibe 12 und der Muffe 17 wird die Vorspannung der Feder 10 vermindert und daraus folgt eine Reduzierung des Reibmoments zwischen der Gegenreibflδche 7 und dem Reibbelag θ, so dass bei der Jetzt in der erreichten Notlaufposition laufenden Brennkraftmaschine eine verringerte Reibung und damit Abnutzung zwischen der Gegenreib- flächβ 7 und dem Reibbelag 9 auftritt.
Um wieder in den NormaJbetrieb überzugehen, wenn der Elektromagnet 11 mit einer variablen Spannung beaufschlagt wird, ist es bei der Ausführungsform gemäß Hg.4 erforderlich, die Druckscheibe 12 axial in Richtung des Bβlagträgers 8 gegen die Kraft der Feder 10 zu verschieben. Dies kann bei- spieteweise in einer Werkstatt durch einen Eingriff des Servfcepersonals erfolgen, oder durch eine wertere Spule, die lediglich der Entriegelung dient
Bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 genügt es, den Elektromagneten 11 mit einer ausreichend hohen Spannung zu beaufschlagen, um den Reibbelag 9 am Beiagträger 8 von der Gegenreibfläche 7 voβständkj abzuheben. Aufgrund des Widerstandsmoments der Nockenwelle 21 hat das Abtriebselement 1 das Bestreben, steh gegenüber dem Antriebselement 2 in eine Win- kθüage zu begeben, die zu der Rampe bzw. der Verriegelungstasche 22 entgegengesetzt ist Dies bedeutet im Ausfuhrungsbeisplel gemäß Fig.5, dass die Stβuernasen 16 die Rampen 14 hinauf gleiten und steh auf der Nockenfü- che 20 bis zum Endanschlag 27 in den Ausnehmungen 27 des Planetenträgβrs 2 bewegen können. Zwischenstellungen lassen steh dadurch einstellen, dass die an den Elektromagneten 11 angelegte Spannung vermindert wird, bis ein der jeweiligen WinkeHage entsprechendes Reibmoment zwischen der Gegenreibfläche 7 und dem Reibbelag 9 am Belagträger 8 eingestellt ist weiches steh im Gleichgewicht mit dem bei laufender Brennkraftmaschine auftretenden Widerstandsmoment der Nockenwelle 21 befindet Durch die axiale Verschiebung der Druckscheibe 12 in der Notlaufposition ergibt sich ein vermindertes Reibmoment zwischen dem Reibbelag 9 auf dem Belagträger 8 und der Gegenreibfläche 7, wodurch eine Überlastung des Rθlbbβlags 9 durch übermäßige Erwärmung verhindert wird. Umgekehrt wird die Axialbewegung des Beiagtrager« 8 durch den Anschlag 28 so begrenzt, dass es nicht zur Anlage des Belagträgers 8 am Elektromagneten 11 kommt wenn dieser mit der maximalen elektrischen Spannung beaufschlagt ist und der Reibbelag 9 am Beiagtrager 8 vollständig vorder Gegenreibfläche 7 abgehoben ist, so dass auch keine unerwünschte Reibung zwischen dem Beiagtrager 8 und dem Elektromagneten 11 auftreten kann. Der Beiagtrager 8 und die Feder 10 sind direkt auf der Weile 5 gelagert, ohne zusätzliche Abstützung am Elektromagneten 11, wodurch steh weitere Lagerzwischen dem Elektromagneten 11 und der Weile 5 einsparen lassen.
Die Ausfuhrungsform gemäß Rg. β weist statt der Druckscheibe 12 eine zusätzliche Gegenreibfläche 24 am feststehenden Bauteil 6 auf, die mit Bezug auf die Gegenreibfläche 7 auf der anderen Seite des Belagtragers 8 angeordnet ist, welcher auf einer axialen Seite einen Reibbelag 9 und auf der gegenüber liegenden Seite einen Notfaufrelbbelag 26 trägt
Der Elektromagnet 11 ist in diesem Ausföhrungsbeispiel auf der Seit» der Gegenretoflache 7 angeordnet und zieht den Belagträger 8 gegen die Kraft der Feder 10, die sich an einem Anschlag 25 auf dem Sonnenrad 4 abstutzt gegen die Gegenreibfläche 7. Auch in diesem FaI begrenzt ein Anschlag 29 an dem Sonnenrad 4 die axiale Verschiebbarkeit des Belagträgers 8, so dass er nicht mit dem Elektromagneten 11 in Berührung kommt.
Ist der Elektromagnet 11 spannungslos, so drückt die Feder 10 den Be- lagtrager 8 rnrtdem Notlaufrelbbelag 26 gegen die feststehende Gegenreibfläche 24, so dass aufgrund des dadurch auftretenden Reibmoments die Notlauf- Position des Hohlrades 1 bzw. der Nockenwelle 21 bei Drehung des Antriebselements 2 eingenommen wird. Durch Beaufschlagung des Elektromagneten 11 mit einer einstellbaren elektrischen Spannung wird der Reibbelag 9 des Belagträgers 8 gegen die Θegenreibflache 7 mehr oder weniger stark gepresst wodurch, wie beim Ausfuhrungsbeispiel gemäß FJg. 1, ein zum Verstellen des Phasenwinkels der Nockenwelle 21 auf den Jeweiligen angestrebten Phasenwinkel abgestimmtes Reibmoment erzeugt wird und dieser Phasenwinkel geharten wird. Die Extremsteiungen des Abtriebsetements 1 mit Bezug auf das Antriebselement 2 werden auch hier durch Ausnehmungen 15imAntriβbsβle- ment 2 und Steuernasen 16 auf dem Abtriebselement 1 bestimmt, während Zwischenstellungen durch das mittels des Elektromagneten 11 einstellbare Bremsmoment zwischen dem Reibbelag 9 am Belagtrager 8 und der Gegenreibflache 7 bestimmt werden.
Die Ausführungβformen gemäß den Figuren 1 und 6 stimmen dahingehend überein, dass bei einem Ausfall der Spannungsbβaufschlagung des Elektromagneten 11 oder tirer Steuerung ein Bremsmoment durch die Kraft der Feder 10 mit Bezug auf das feststehende Bauteil 6 der Brennkraftmaschine erzeugt wird, welches die Nockenwelle 21 über das Abtriebselement 1 in die Notlautposition vereteftt Setost wenn durch Abwürgen der Brennkraftmaschine zunächst noch eine Zwischenstellung der Nockenwelle 21 gegeben ist wird beim Durchdrehen der Brenrikraftmaschlnβ durch den Startermotor in kurzer Zeit die Notlauf position erreicht, und es ist ein temporärer Betrieb der Brennkraftmaschine in dieser Notlaufposition möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausfuhrungsbeispiele beschränkt sondern erstreckt sich auf alle Varianten und Äquivalente der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. Bezugszeichenliste
1 Hohlrad, Abtriebselement
2 Kettenrad, Planetenträger, Antriebselement
3 Planetenräder
4 Sonnenrad, Stellelement
5 Welle, Drehachse
6 Feststehendes Bauteil der Brennkraftmaschine
7 Gegenreibfläche
8 Belagträger 9 Reibbelag
10 Feder
11 Elektromagnet
12 Druckscheibe
13 Steuernocken
14 Rampe
15 Ausnehmung
1β Steuemase
17 Muff e
1 8 Wälzlager
19 Wälzlager
20 Nockenfläche
21 Nockenwelle
22 Verriegelungstasche
23 Lagerachse
24 Gegenreibfläche
25 Anschlag
28 Notlaufreibbelag
27 Endflächen
28 Anschlag
29 Anschlag

Claims

Patentansprüche
1. Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine mit Notlauffunktion, umfassend ein Überiagerungsgetriebe (1 , 2, 3, 4) mit einem von einer Kurbelwelle der Bronnkraftmaschine angetriebenen Antriebselement (2), einem eine Nockenwelle (21 ) der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebs» eiement (1) und einem Stellelement (4), durch das sich mittels einer Einrichtung (7, 8, 9, 10, 11) zum Aufbringen eines für den Normalbetrieb veränderbaren Bremsmoments auf das Steilelement (4) eine Retertrvdrehung zwischen dem Antriebsetement (2) und dem Abtriebsβtemeπt (1) bewirken liest, wobei bei Ausfall der Einrichtung (7, 8, 9. 10, 11) und/oder ihrer Steuerung durch Abbremsen bzw. Festsetzen des Stellelements (4) eine Notlaufposition der Nockenwelle (21) erreichbar und haltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Belagträger (8) der Einrichtung (7, 8, 9, 10, 11) axial verschiebbar und dreh- fest auf einer das SteMβtemβnt (4) tragenden WeNe (δ) angeordnet ist, dass das Bremsmoment für den Normalbetrieb mittels eines auf den Belagtrager (8) gegen die Kraft einer Feder (10) und berührungslos wirkenden, feststehenden sowie mit unterschiedlicher Spannung beaufschlagbaren Elektromagneten (11) veränderbar ist, und dass der Belagträger (8) beim Ausfall der Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten (11 ) und/oder seiner Steuerung durch die Kraft der Feder (10) gegen eine feststehende Gegenreibfläche (7; 24) pressbar und dadurch die Notlauf position einstellbar ist
2. Verβteiisystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (11) derartig bezüglich des Belagträgers (8) und der Gegerv relbfläche (7) angeordnet ist, dass im Normalbβtrieb das zwischen dem Belag- träger (8) und der Gegenreibfläche (7) durch die Kraft der Feder (10) bewirkte Bremsmoment durch Beaufschlagung des Elektromagneten (11) mit einer veränderbaren Spannung bis zum vollständigen Abheben des Belagträgers (8) von der Gegenreibfläche (7) bis auf Null veränderbar ist, und dass beim Ausfall der Spamtungsbeaufechlagung des Elektromagneten (11 ) und/oder seiner Steuerung der Belagträger (8) durch die Kraft der Feder (10) gegen die Gegenreibfläche (7) gepresst wird und dadurch die NoUaufposWon eingestellt wird.
3. Verstelteystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (11) derartig bezüglich des Belagträgers (8) und der Gegen- relbflächβ (7) angeordnet ist, dass im Normalbetrieb das zwischen dem Belag- trβger (8) und der auf einer Seite des Belagträgers (8) angeordneten Gegen- rβibfläche (7) wirkende Bremsmoment durch Beaufschlagung des Elektromagneten (11 ) mit einer veränderbaren Spannung bis zum vollständigen Anliegen des Belagträgers (8) an der Gegenreibfläche (7) gegen die Kraft der Feder (10) erzeugt wird, und dass das Bremsmoment für die NoöaufpoβWon beim Ausfall der Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten (11) und/oder seiner Steuerung durch Anpressen des Belagträgers (8) durch die Kraft der Feder (10) gegen eine auf der anderen Seite des Belagträgers (8) angeordnete, feststehende Gegenreibfläche (24) erzeugt wird.
4. Verstelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Öberiagenmgsgetriebe (1 , 2, 3, 4) als Planetengetriebe mit einem aus einem Hohlrad bestehenden Abtriebsetement (1 ), mit einem aus einem Planetenträger bestehenden Antriebselement (2), mit Planetenrädern (3) und mit einem aus einem Sonneniad bestehenden Abtriebseiement (4) gebildet ist, wobei der Planetenträger (2) wenigstens eine krβtebogenfδrrnkjβ, von einer Drehachse (5) radial beanstandete Ausnehmung (15) aufweist wobei das Hohlrad (1) wenigstens eine axial hervorstehende, in die Ausnehmung (15) eingreifende Steuemase (16) aufweist, und wobei In Urrrfangsrichtung beanstandende Endflächen (27) der wenigstens einen Ausnehmung (15) Anschläge für die wenigstens eine Steuernase (16) bilden und die extremen VβrateüstellposHIo- nen der Nockenwelle (21 ) relativ zum Antriebselement (2) darstellen.
5. Versteilsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der WeHe (5) eine durch die Kraft der Feder (10) axial entgegengesetzt zum Belagträger (β) verschiebbare Drυckscbeibe (12) drehbar gelagert ist, deren wenigstens einer Steuemocken (13) in die Ausnehmung (15) des Ptanβtβnträ- gers (2) eingreift und dadurch mit dem Ptanβtenträger (2) drehfest aber axial verschiebbar gekuppelt ist wobei ein umfangβbezogener Endbereich einer Nockenflache (20) des Steuemocken (13), welcher der Notlauf position entspricht, gegenüber der Mockenflache (20) abgesenkt ausgebildet Ist und die wenigstens eine Steuernase (16) am HoNrad (1) in der Notlauf position aufnimmt.
6. Verstellsystem nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesenkte Endbereich als Rampe (14) ausgebildet.
7. Verstellsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesenkte Endbereich als Verriegeiungstasche (22) ausgebildet ist
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