WO2011147505A2

WO2011147505A2 - Stellvorrichtung für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2011147505A2
Application number: PCT/EP2011/001945
Authority: WO
Inventors: Jürgen FRISCH; Thomas Stolk; Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-04-16
Publication date: 2011-12-01
Also published as: WO2011147505A3; DE102010021779A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Verstelleinheit (10) zur Einstellung einer magnetischen Kraft, die dazu vorgesehen ist, mittels eines magnetischen Flusses (38) verstellt zu werden, und mit einer energiequellenunabhängigen Magnetfeldeinheit (11 ), die dazu vorgesehen ist, den gesamten magnetischen Fluss (38) zur Einstellung der magnetischen Kraft zu erzeugen.

Description

Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 10 2008 031 505 A1 ist bereits eine Stellvorrichtung für eine Brennkraftma- schinenventiltriebvorrichtung, insbesondere eine Nockenwellenverstellvorrichtung, mit einer Phasenverstelleinheit zur Einstellung einer Phasenlage, die dazu vorgesehen ist, mittels eines magnetischen Flusses verstellt zu werden, bekannt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Verstelleinheit zur Einstellung einer magnetischen Kraft, die dazu vorgesehen ist, mittels eines magnetischen Flusses verstellt zu werden, und mit einer energiequellenunabhängigen Magnetfeldeinheit, die dazu vorgesehen ist, den gesamten magnetischen Fluss zur Einstellung der magnetischen Kraft zu erzeugen, vorgeschlagen. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung, insbesondere eine Nockenwellenverstellvorrichtung vorgesehen und die magnetische Kraft entspricht einer Phasenlage. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstellung der Phasenlage durch eine Veränderung des magnetischen Flusses. Dadurch kann eine Stellvorrichtung realisiert werden, bei der für eine Erzeugung eines magnetischen Feldes zur Bereitstellung des magnetischen Flusses auf eine externe Energieversorgung, beispielsweise eine elektrische Energieversorgung, verzichtet werden kann, wodurch insbesondere ein Energiebedarf für die Stellvorrichtung besonders niedrig gehalten werden kann. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann somit eine effiziente Stellvorrichtung bereitgestellt werden. Unter einer„mittels eines magnetischen Flusses verstellbaren Phasenverstelleinheit" soll dabei insbesondere eine Phasenverstelleinheit verstanden werden, die zur Einstellung der Phasenlage auf einen definierten Verstellwinkel zumindest teilweise mit einer aus dem magnetischen Fluss resultierenden Magnetkraft beaufschlagt wird, wobei eine Verstellung der Phasenlage vorzugsweise mittels einer Einstellung der Magnetkraft erfolgt. Unter einer„Magnetkraft" soll insbesondere eine mittels eines magnetischen Flusses eines Magnetfelds einstellbare Kraft verstanden werden. Unter„vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Magnetfeldeinheit wenigstens eine relative Magnetfeldorientierung aufweist und die Phasenverstelleinheit dazu vorgesehen ist, die relative Magnetfeldorientierung der Magnetfeldeinheit zu verändern. Dadurch kann die Magnetkraft einfach verändert und somit auch eingestellt werden. Unter einer„Magnetfeldorientierung" soll dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden, die durch zwei unterschiedliche Pole der Magnetfeldeinheit definiert ist. Unter einer„relativen Magnetfeldorientierung" soll insbesondere eine Ausrichtung der Magnetfeldorientierung in Bezug auf umgebende Bauteile verstanden werden. Unter einer„Änderung der relativen Magnetfeldorientierung" soll insbesondere verstanden werden, dass die Magnetfeldorientierung in Bezug auf die umgebenden Bauteile verändert wird, wobei dazu grundsätzlich eine Veränderung der Magnetfeldorientierung bei stationärer Anordnung der umgebenden Bauteile als auch eine Veränderung der umgebenden Bauteile bei stationärer Ausrichtung der Magnetfeldorientierung denkbar ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Stellvorrichtung eine Magnetflussleitein- heit mit wenigstens zwei Magnetelementen, die zumindest teilweise relativ zueinander verstellbar sind. Dadurch kann der magnetische Fluss einfach verändert werden, wodurch eine besonders einfache Verstellung der Phasenlage erreicht werden kann. Unter einem „Magnetelement" soll dabei insbesondere ein magnetisierbares und/oder magnetisiertes Element verstanden werden. Insbesondere soll darunter ein ferromagnetisches Element verstanden werden, wobei das Magnetelement grundsätzlich magnetisch weich oder magnetisch hart ausgebildet sein kann.

Besonders vorteilhaft ist dabei wenigstens eines der Magnetelemente zur Einstellung der Phasenlage verdreh- und/oder verschiebbar. Dadurch kann eine einfache Verstellung der Magnetelemente realisiert werden, die vorteilhaft zur Einstellung der Phasenlage genutzt werden kann. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Magnetfeldeinheit zumindest einen Permanentmagneten aufweist, der fest mit zumindest einem der Magnetelemente verbunden ist. Dadurch kann eine einfache Ausbildung der Magnetfeldeinheit erreicht werden. Unter„fest verbunden" soll in diesem Zusammenhang insbesondere auch eine einstückige Ausführung des zumindest einen Magnetelements und des Permanentmagneten verstanden werden. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet fest mit dem verdreh- und/oder verschiebbaren Magnetelement verbunden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Phasenverstelleinheit eine magnetisch einstellbare Koppeleinheit aufweist und die Magnetflussleiteinheit in wenigstens einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, den magnetischen Fluss zumindest teilweise durch die Koppeleinheit zu leiten. Dadurch kann eine einfache Stellvorrichtung realisiert werden, die insbesondere für eine besonders effiziente Einstellung der Phasenlage vorgesehen werden kann. Unter einer„mittels eines magnetischen Flusses betätigbaren Koppeleinheit" soll insbesondere eine Brems- und/oder Kupplungseinheit verstanden werden, die mittels der Magnetkraft betätigt wird, wobei die Magnetkraft vorteilhafterweise an zumindest einem Koppelelement der Koppeleinheit angreift. Unter einer„Koppeleinheit" soll in diesem Zusammenhang eine Einheit mit einem ortsfest angeordneten Stator und einem drehbar angeordneten Rotor verstanden werden, die zumindest zwei zueinander korrespondierende Koppelelemente aufweist, deren Kopplung miteinander durch eine auf wenigstens eines der Koppelelemente wirkende Betätigungskraft verändert werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Magnetflussleiteinheit in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, die Magnetfeldeinheit kurzzuschließen. Dadurch kann der magnetische Fluss, der insbesondere bei Verwendung eines Permanentmagneten dauerhaft erzeugt wird, vorteilhaft so verändert werden, dass der magnetische Fluss, der zur Einstellung der Phasenlage verwendet wird, vorteilhaft verändert wird. Unter einem„Kurzschließen des magnetischen Flusses" soll insbesondere verstanden werden, dass der zur Verstellung der Phasenlage wirksame magnetische Fluss nahezu Null ist, d.h. insbesondere, dass die Bremskraft der Koppeleinheit ausgehend von einer maximal einstellbaren Bremskraft zumindest auf 10% reduziert werden kann.

Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Phasenverstelleinheit eine Verstellaktuatorik aufweist, die dazu vorgesehen ist, den zur Einstellung der Phasenlage vorgesehenen magnetischen Fluss mechanisch zu verändern. Dadurch kann die Phasenlage vorteilhaft verstellt werden. Unter einer„mechanischen Veränderung des magnetischen Flusses" soll insbesondere verstanden werden, dass eine mechanische Verstellung der Magnetelemente gegeneinander eine Veränderung des zur Einstellung der Phasenlage vorgesehenen magnetischen Flusses bewirkt. Vorzugsweise ist die Verstellaktuatorik zumindest teilweise unabhängig von der Magnetfeldeinheit. Unter einer„von der Magnetfeldeinheit zumindest teilweise unabhängigen Verstellaktuatorik" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest eines der Magnetelemente mit einer Verstellkraft zu beaufschlagen, die zumindest teilweise unabhängig von dem von der Magnetfeldeinheit erzeugten magnetischen Fluss ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Verstellaktuatorik zumindest einen aktiven Betätigungsaktuator aufweist, der für die Einstellung der Phasenlage vorgesehen ist. Dadurch kann die Phasenlage mittels einer Steuer- und/oder Regeleinheit verstellt werden, wodurch eine einfache Einstellung bei verschiedenen Betriebsparametern möglich ist. Unter einem aktiven Betätigungsaktuator soll dabei insbesondere ein von einer externen Energieversorgung abhängiger Aktuator verstanden werden, der vorzugsweise für eine Einstellung in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal der Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen ist, wie beispielsweise eine elektrischer, ein elektro-magnetischer, ein hydraulischer und/oder ein pneumatischer Betätigungsaktuator.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass der aktive Betätigungsaktuator dazu vorgesehen ist, wenigstens eines der Magnetelemente zu verschieben und/oder zu verdrehen. Dadurch kann die Steuer- und/oder Regeleinheit den magnetischen Fluss besonders einfach verändern. Unter einer„Steuer- und/oder Regeleinheit" soll dabei insbesondere eine Prozessoreinheit mit einer Speichereinheit und einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung in einem Querschnitt, Fig. 2 einen Ausschnitt der Stellvorrichtung aus Fig. 1 bei einer Verstellung einer

Phasenlage nach früh und

Fig. 3 den Ausschnitt der Stellvorrichtung aus Fig. 1 bei einer Verstellung der

Phasenlage nach spät.

Die Figuren zeigen eine Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Verstelleinheit 10 zur Einstellung einer magnetischen Kraft, die dazu vorgesehen ist, mittels eines magnetischen Flusses 38 verstellt zu werden, und mit einer energiequellenunabhängigen Magnetfeldeinheit 11 , die dazu vorgesehen ist, den gesamten magnetischen Fluss 38 zur Einstellung der magnetischen Kraft zu erzeugen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung, insbesondere eine Nockenwellenverstellvorrichtung vorgesehen und die magnetische Kraft entspricht einer Phasenlage. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung ist jedoch nicht darauf begrenzt, sondern die Stellvorrichtung kann beispielsweise auch zur Betätigung einer Fahrzeugbremse oder ähnliches vorgesehen sein.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschinenventiltrieb- vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung. Die Brennkraftmaschinenven- tiltriebvorrichtung umfasst eine Nockenwelle 21 , die mittels einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle angetrieben wird. Die Nockenwelle 21 ist mittels eines Kettenantriebs mit der Kurbelwelle verbunden. Eine Drehzahl der Nockenwelle 21 ist dabei halb so groß wie eine Drehzahl der Kurbelwelle. Die Stellvorrichtung bildet eine elektromagnetische Nockenwel- lenverstellvorrichtung aus. Sie ist zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.

Zur Verstellung der Phasenlage umfasst die Stellvorrichtung ein Verstellgetriebe 22. Das Verstellgetriebe 22 ist als ein 3-Wellen-Minus-Summiergetriebe ausgebildet. Es umfasst drei Verstellgetriebeelemente 23, 24, 25, mittels denen die Phasenlage der Nockenwelle 21 verstellt werden kann. Das Verstellgetriebe 22 ist beispielhaft als ein Planetenradge- triebe ausgebildet. Die Versteilvorrichtung umfasst eine Hauptrotationsachse 26, um die die drei Verstellgetriebeelemente 23, 24, 25 drehbar angeordnet sind. Grundsätzlich sind aber auch andere 3-Wellen-Minus-Summiergetriebe denkbar.

Zur Einleitung eines Drehmoments umfasst die Stellvorrichtung eine Antriebseinheit 27, die das erste Verstellgetriebeelement 23 umfasst. Das Verstellgetriebeelement 23 ist als ein Planetenradträger ausgebildet, der Planetenräder 28 des Verstellgetriebes 22 auf ei- ner Kreisbahn führt. Die Antriebseinheit 27 weist weiter ein Kettenrad auf, das drehfest mit dem Verstellgetriebeelement 23 verbunden ist. Mittels des Kettenrads ist die Antriebseinheit 27 mit der Kurbelwelle verbunden. Zur Ausleitung des Drehmoments umfasst die Stellvorrichtung eine Abtriebseinheit 29, die das zweite Verstellgetriebeelement 24 umfasst. Das Verstellgetriebeelement 24 ist als ein Hohlrad ausgebildet, das mit den von dem Planetenradträger geführten Planetenrädern 28 kämmt. Das Verstellgetriebeelement 24 ist drehfest mit der Nockenwelle 21 verbunden. Zur Verstellung der Phasenlage umfasst die Stellvorrichtung eine Phasenverstelleinheit 10, die das dritte Verstellgetriebeelement 25 umfasst. Das Verstellgetriebeelement 25 ist als ein Sonnenrad ausgebildet, das ebenfalls mit den von dem Planetenradträger geführten Planetenrädern 28 kämmt.

Zur Einstellung der Phasenlage umfasst die Phasenverstelleinheit 10 eine Koppeleinheit 18. Die Koppeleinheit 18 ist als eine Bremseinheit ausgebildet. Die Koppeleinheit 18 weist eine Betätigungsrichtung auf, die parallel zu der Hauptrotationsachse 26 orientiert ist. Die Koppeleinheit 18 umfasst einen ortsfest angeordneten Stator 30 und einen drehbar angeordneten Rotor 31. Der Rotor 31 ist drehfest und axial verschiebbar an das dritte Verstellgetriebeelement 25 angebunden.

Ein mittels der Koppeleinheit 18 einstellbares Bremsmoment wirkt auf das dritte Verstellgetriebeelement 25. Mittels der Koppeleinheit 18 kann eine Drehzahl des Verstellgetriebeelements 25 definiert eingestellt werden. Die Koppeleinheit 18 umfasst zwei drehfest mit dem Stator 30 verbundene erste Koppelelemente 32, 33 und zwei drehfest mit dem Rotor 31 verbundene zweite Koppelelemente 34, 35. Die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 bilden jeweils eine Reibfläche aus. Die beiden Koppelelemente 32, 34, deren Reibflächen reibschlüssig miteinander verbindbar sind, sind radial außen liegend angeordnet. Die beiden Koppelelemente 33, 35, deren Reibflächen reibschlüssig miteinander verbindbar sind, sind radial innen liegend angeordnet.

Die Koppelelemente 32, 33, die drehfest mit dem Stator 30 verbunden sind, und die Koppelelemente 34, 35, die drehfest mit dem Rotor 31 verbunden sind, sind jeweils räumlich beabstandet zueinander angeordnet. Die beiden Koppelelemente 32, 33 sind fest mit dem Stator 30 verbunden. Sie sind somit ebenfalls ortsfest angeordnet. Da die beiden Koppelelemente 32, 34 und die beiden Koppelelemente 33, 35 der Koppeleinheit 18 lediglich gemeinsam betätigbar sind, bilden die vier Koppelelemente 32, 33, 34, 35 die eine Koppeleinheit 18 aus. Der Rotor 31 ist entlang der Hauptrotationsachse 26 axial zwischen dem Stator 30 und dem Verstellgetriebeelement 24 angeordnet. Zwei Teilstücke des Rotors 31 bilden die Koppelelemente 34, 35 aus. Die Teilstücke des Rotors 31 , die die Koppelelemente 34, 35 ausbilden, sind aus einem magnetisierbaren Material gefertigt. Das Teilstück des Rotors 31 , das das Koppelelement 34 ausbildet, ist als ein radial außen liegender Bereich des Rotors 31 ausgebildet. Das Teilstück des Rotors 31 , das das Koppelelement 35 ausbildet, ist radial innerhalb des Teilstücks, das das Koppelelement 34 ausbildet, angeordnet. Die Koppelelemente 34, 35 des Rotors sind korrespondierend zu den Koppelelementen 32, 33 des Stators 30 und ringförmig ausgebildet.

Zur magnetischen Verbindung der Koppelelemente 34, 35, weist der Rotor 31 ein Mag- netflussleitelement 36 auf. Weiter umfasst der Rotor 31 ein Verbindungsstück 37, mittels dessen die Koppelelemente 34, 35 mit dem Verstellgetriebeelement 25 verbunden sind. Der gesamte Rotor 31 ist dabei einstückig aus einem Material hergestellt. Die Teilstücke des Rotors 31 , die die Koppelelemente 34, 35 und das Magnetflussleitelement 36 ausbilden, weisen eine axiale Stärke auf, die größer ist als eine axiale Stärke des Verbindungsstücks 37. Die beiden Koppelelemente 34, 35 sind mittels des Magnetflussleltelements 36 einstückig ausgebildet.

Die Phasenverstelleinheit 10 ist magnetisch regelbar. Die Stellvorrichtung umfasst eine Magnetfeldeinheit 11 , mittels der ein gesamter magnetischer Fluss 38 zur Einstellung der Phasenlage erzeugt werden kann. Die Magnetfeldeinheit 11 ist energiequellenunabhängig. Die Magnetfeldeinheit 11 umfasst einen Permanentmagneten 17, der den magnetischen Fluss 38 unabhängig von einer elektrischen Energieversorgung für die Brennkraftmaschine erzeugt. Der Permanentmagnet 7 erzeugt dabei ein Magnetfeld, das den magnetischen Fluss 38 bewirkt. Der von der Magnetfeldeinheit 11 erzeugte magnetische Fluss 38 durchsetzt zumindest teilweise die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 der Koppeleinheit 18.

Die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 sind aus einem magnetisierbaren Material gefertigt. Die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 der Koppeleinheit 18 werden magnetisch miteinander gekoppelt. Die Magnetkraft, mittels der die Phasenlage einstellbar ist, bewirkt zwischen den Koppelementen 32, 33, 34, 35 eine anziehende Kraft. Die Bremskraft der Koppeleinheit 18 hängt damit unmittelbar von der Magnetkraft ab. Die Magnetkraft wiederum ist proportional zu dem magnetischen Fluss 38, der die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 der Koppeleinheit 18 durchsetzt. Die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 sind dabei als Magnet- flussleitelemente ausgebildet, d.h. sie sind aus einem magnetisch weichen Material gefer- tigt. Die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 sind somit lediglich zur Führung des magnetischen Flusses 38 vorgesehen. Sie erzeugen kein eigenes Magnetfeld.

Zur Leitung des von dem Permanentmagneten 17 erzeugten magnetischen Flusses 38 weist die Stellvorrichtung eine Magnetflussleiteinheit 13 auf. Die gesamte Magnetflussleiteinheit 13 ist mittels magnetisierbarer Materialen ausgebildet. Der durch das Magnetfeld erzeugte magnetische Fluss 38 ist in Abhängigkeit von einem Betriebszustand durch Magnetfeldlinien beschreibbar, die von dem Permanentmagneten 17 ausgehen. Die Magnetfeldlinien sind stets als geschlossene Feldlinien ausgebildet. Die Magnetflussleiteinheit 13 stellt dem magnetischen Fluss 38 einen in Bezug auf Luft reduzierten magnetischen Widerstand entgegen. Der von der Magnetflussleiteinheit 13 beeinflusste magnetische Fluss 38 verläuft innerhalb des magnetisierbaren Materials. Die Magnetflussleiteinheit 13 ist dabei magnetisch vollständig schließbar, d.h. der von der Magnetflussleiteinheit 13 beeinflusste magnetische Fluss 38 verläuft vollständig innerhalb des magnetisierbaren Materials.

Die Magnetflussleiteinheit 13 umfasst drei Magnetelemente 14, 15, 16. Eines der Magnetelemente 14, 15, 16 ist zur Einstellung des magnetischen Flusses 38 und damit zur Einstellung der Phasenlage mechanisch verstellbar. Das mechanisch verstellbare Magnetelement 15 kann gegenüber den zwei Magnetelementen 14, 16 verdreht werden. Die Magnetelemente 14, 15, 16 sind somit teilweise relativ gegeneinander verstellbar. Mittels der Magnetelemente 14, 15 ,16 kann die Magnetkraft, die auf die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 wirkt, mechanisch verändert werden. Die Magnetelemente 14, 15, 16 sind als Magnetflussleitelemente ausgebildet. Das Magnetelement 15 ist fest mit dem Permanentmagneten 17 verbunden. Der Permanentmagnet 17 bildet ein Teil des Magnetelements 15 aus.

Der magnetische Fluss 38, den der Permanentmagnet 17 erzeugt, durchsetzen in einem Betriebszustand die Magnetflussleiteinheit 13 und die Koppeleinheit 18. Ausgehend von dem Permanentmagneten 17 durchsetzt der magnetische Fluss 38 zunächst das Magnetelement 15. Das Magnetelement 14 ist unmittelbar benachbart zu dem Magnetelement 15 angeordnet, wodurch der magnetische Fluss 38 von dem Magnetelement 15 in das Magnetelement 14 weitergeleitet wird. Das Magnetelement 14 ist einstückig mit dem Koppelelement 32 ausgeführt. Ausgehend von dem Koppelelement 32 wird der magnetische Fluss 38 durch das Koppelelement 34 in das Magnetflussleitelement 36 geleitet. Das Magnetflussleitelement 36 ist einstückig mit den beiden Koppelelementen 34, 35 ausgeführt. Ausgehend von dem Koppelelement 35 wird der magnetische Fluss 38 durch das Koppelelement 33 geleitet, welches einstückig mit dem Magneteiement 16 ausgeführt ist. Das Magneteiement 16 ist unmittelbar benachbart zu dem Magneteiement 15 angeordnet, wodurch der magnetische Fluss 38 von dem Magneteiement 15 in das Magneteiement 16 weitergeleitet wird.

In einem solchen Betriebszustand, in dem der die Koppeleinheit 18 durchsetzende magnetische Fluss 38 einen Wert größer als Null aufweist, sind die Koppeleinheit 18 und die Magnetelemente 14, 15, 16 in Bezug auf den magnetischen Fluss 38 magnetisch in Reihe angeordnet. Die Magnetfeldlinien durchsetzen nacheinander das Magneteiement 14, die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 und das Magneteiement 16. Der Magnetflussleiteinheit umfasst in diesem Betriebszustand somit den Permanentmagneten 7 und die drei Magnetelemente 14, 15, 16. Außerdem umfasst die Magnetflussleiteinheit das Magnetfluss- leitelement 36 und die vier Koppelemente 32, 33, 34, 35. Die Koppelelemente 32, 34 weisen unabhängig von einem Betriebszustand der Koppeleinheit 18 stets einen Kontakt auf. Die Koppelelemente 33, 35 weisen ebenfalls unabhängig von einem Betriebszustand der Koppeleinheit 18 stets einen Kontakt auf. Die Magnetelemente 14, 15, 16 sind stets magnetisch miteinander gekoppelt. Die Magnetflussleiteinheit 13 ist damit stets magnetisch geschlossen.

In einem weiteren Betriebszustand durchsetzt der magnetische Fluss 38 lediglich den Permanentmagneten 17 und die Magnetelemente 14, 15, 16. Die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 sind in diesem Betriebszustand nahezu frei von einem magnetischen Fluss. Der magnetische Fluss 38, der von dem Permanentmagneten 17 erzeugt wird, verläuft nahezu vollständig in den Magnetelementen 14, 15, 16. Der Permanentmagnet 17 ist damit magnetisch kurzgeschlossen. Der die Koppeleinheit durchsetzende magnetische Fluss ist dabei nahezu Null.

Die Phasenverstelleinheit 10 ist dazu vorgesehen, den von dem Permanentmagneten 17 erzeugten magnetischen Fluss 38 innerhalb der Magnetflussleiteinheit 13 definiert zu verändern. Das magnetische Nahfeld, das der Permanentmagnet 17 aufweist, bleibt dabei im Wesentlichen konstant. Die Magnetfeldeinheit 1 , die durch den Permanentmagneten 17 ausgebildet ist, weist eine Magnetfeldorientierung 12 auf, die durch zwei Pole 39, 40 des Permanentmagneten 7 definiert ist. Zur Einstellung des magnetischen Flusses 38, der die Koppeleinheit 18 durchsetzt, verändert die Phasenverstelleinheit 10 die Magnetfeldorientierung 12, die die Magnetfeldeinheit 11 aufweist, in Bezug auf die Magnetelemente 14, 16. Zur Einstellung des magnetischen Flusses 38 umfasst die Phasenverstelleinheit 10 eine Verstellaktuatorik 19, die zur Einstellung der Phasenlage den von der Magnetfeldeinheit 11 erzeugten magnetischen Fluss 38 mechanisch verändert. Die Verstellaktuatorik 19 verstellt dazu die beiden Magnetelemente 14, 16 und das Magnetelement 15 gegeneinander. Das Magnetelement 15 ist mit der Verstellaktuatorik 19 gekoppelt. Die beiden Magnetelemente 14, 16 sind fest mit dem Stator 30 der Koppeleinheit 18 verbunden. Das Magnetelement 15, das fest mit dem Permanentmagneten 17 verbunden ist, ist gegenüber dem Stator 30 verstellbar.

Das Magnetelement 15 weist eine zylinderförmige Grundform auf. Die beiden Magnetelemente 14, 16 grenzen radial an das Magnetelement 15 an. Das Magnetelement 15 weist zwei voneinander getrennte Kontaktflächenbereiche 41 , 42 auf, die zur magnetischen Kopplung mit den Magnetelementen 14, 16 vorgesehen sind. Die beiden Magnetelemente 14, 16 weisen jeweils einen Kontaktflächenbereich 43, 44 auf, über den das entsprechende Magnetelement 14, 16 magnetisch an das Magnetelement 15 gekoppelt ist.

Die Kontaktflächenbereiche 41 , 42 des Magnetelements 15 sind als Mantelflächen des Magnetelements 15 ausgebildet. Durch die relative Verdrehung der Magnetelemente 14, 15, 16 ändert sich hauptsächlich eine Position der Kontaktflächenbereiche 41 , 42 in Bezug auf die Magnetfeldorientierung 12. Bei der Verdrehung des Magnetelements 15 relativ zu den Magnetelementen 14, 16 bleibt eine Größe der Kontaktflächenbereiche 41 , 42 im Wesentlichen gleich. Die Verstellung mittels der Verstellaktuatorik 19 bewirkt somit eine Veränderung der Magnetfeldorientierung 12 in Bezug auf die Magnetelemente 14, 16.

Die Magnetelemente 14, 16 sind in Bezug auf das Magnetelement 15 gegenüberliegend angeordnet. Die Magnetelemente 14, 16 sind dabei räumlich voneinander getrennt. Zwischen den Magnetelementen ist ein Luftspalt angeordnet. Durch die räumliche Trennung sind die beiden Magnetelemente 14, 16 auch magnetisch voneinander getrennt. Sie sind lediglich mittels des Magnetelements 15 und mittels der Koppeleinheit 18 miteinander verbunden. Das Magnetelement 15 ist drehbar zwischen den Magnetelementen 14, 16 angeordnet. Eine Drehachse, die die Verdrehung des Magnetelements 5 definiert, ist senkrecht zu der Hauptrotationsachse 26 orientiert. Die Drehachse des Magnetelements 15 ist versetzt zu der Hauptrotationsachse 26 angeordnet.

Die Verstellaktuatorik 19 umfasst zur Einstellung der Phasenlage einen aktiven Betäti- gungsaktuator 20. Der Betätigungsaktuator 20 weist einen Elektromotor auf, dessen Drehachse koaxial zu der Hauptrotationsachse angeordnet ist. Weiter umfasst die Ver- stellaktuatorik 19 ein Umlenkgetriebe 45, das den Betätigungsaktuator 20 an das Magnetelement 15 anbindet. Das Umlenkgetriebe 45 setzt eine von dem Betätigungsaktuator erzeugte Drehbewegung in eine Drehbewegung des Magnetelements 15 um. Das Magnetelement 15 ist mittels des Betätigungsaktautors 20 verdrehbar. Die Drehachse des Be- tätigungsaktuators 20 und die Drehachse des Magnetelements 15 sind in einem rechten Winkel zueinander angeordnet.

Das Umlenkgetriebe 45 ist als ein Schraubengetriebe ausgebildet. Es umfasst ein Betätigungselement 46, in das ein Außengewinde eingebracht ist. Das Betätigungselement 46 ist mittels des Betätigungsaktuators 20 in einer Drehbewegung antreibbar. Das Magnetelement 15 weist auf seinem Umfang eine Außenverzahnung auf, die in das Außengewinde des Betätigungselements 46 eingreift. Alternativ ist beispielsweise auch ein Umlenkgetriebe denkbar, das eine axiale Bewegung des Betätigungselements 46 entlang der Hauptrotationsachse in eine Drehbewegung des Magnetelements 15 umsetzt. Der Betätigungsaktuator 20 kann dann beispielsweise als ein Magnetaktuator ausgeführt werden.

In einer ersten Ausrichtung der Magnetfeldorientierung 12 ist der Pol 39 des Permanentmagneten 17 im Bereich des Kontaktflächenbereichs 41 angeordnet. Der Pol 40 des Permanentmagneten 17 ist im Bereich des Kontaktflächenbereichs 42 angeordnet. Das Magnetelement 14 weist dadurch eine Magnetisierung auf, die im Wesentlichen durch den Pol 39 des Permanentmagneten 17 definiert ist, während das Magnetelement 16 eine Magnetisierung aufweist, die im Wesentlichen durch den Pol 40 des Permanentmagneten 17 definiert ist. In der Magnetflussleiteinheit 13, die die Magnetelemente 14, 16 umfasst, bildet sich dadurch der magnetische Fluss 38 zur Betätigung der Koppeleinheit 18 aus, der die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 durchsetzt (vgl. Figur 1 ). Die Magnetelemente 14, 16 sind damit in Bezug auf den magnetischen Fluss 38 magnetisch in Reihe angeordnet.

In einer zweiten Ausrichtung der Magnetfeldorientierung 12 sind im Bereich der Kontaktflächenbereiche 41 , 42 jeweils beide Pole 39, 40 des Permanentmagneten 17 angeordnet. Eine gedachte Linie, die durch die Drehachse des Magnetelements 15 senkrecht zu der Magnetfeldorientierung 12 verläuft, teilt die Kontaktflächenbereichen 41 , 42 jeweils in etwa mittig. Die Magnetelemente 14, 16 weisen dadurch Magnetisierungen auf, die durch beide Pole 39, 40 des Permanentmagneten 17 bedingt sind. In den Magnetelementen 14, 15, 16 bildet sich dadurch der magnetische Fluss 38 aus, der ausschließlich durch die Magnetelemente 14, 15, 16 verläuft (vgl. Figur 3). In Bezug auf den magnetischen Fluss 38 sind die Magnetelemente 14, 16 magnetisch parallel zu der Koppeleinheit 18 angeord- net. Der magnetische Fluss, der die Koppeleinheit 18 durchsetzt, ist nahezu Null, da die Magnetelemente 14, 15, 16 den von dem Permanentmagneten 17 der Magnetfeldeinheit 11 erzeugten magnetischen Fluss 38 kurzschließen. Die Magnetflussleiteinheit 13 ist dabei auch in diesem Betriebszustand magnetischen geschlossen.

Zur Verstellung der Phasenlage in Richtung früh wird die Koppeleinheit 18 geschlossen. Die Drehzahl des dritten Verstellgetriebeelements 25 wird kleiner als die Drehzahl des ersten Verstellgetriebeelements 23. Damit wird die Drehzahl des zweiten Verstellgetriebeelements 24 größer als die Drehzahl des ersten Verstellgetriebeelements 23, wodurch die Nockenwelle 21 in Richtung früh verstellt wird.

In einem Betriebszustand, in dem die Magnetfeldorientierung der Magnetfeldeinheit 11 gemäß der ersten Ausrichtung orientiert ist, ist für die Koppeleinheit 18 eine maximale Bremskraft eingestellt. Der magnetische Fluss 38, der die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 der Koppeleinheit 18 durchsetzt, ist in der ersten Ausrichtung der Magnetfeldorientierung groß, wodurch die von der Koppeleinheit 18 bereitgestellte Bremskraft ebenfalls groß wird. Die Phasenverstelleinheit 10 stellt damit eine Bremskraft ein, durch die die Phasenlage in Richtung früh verstellt wird.

Zur Verstellung der Phasenlage in Richtung spät wird die Koppeleinheit 18 geöffnet. Die Nockenwelle 21 weist während einem Betrieb ein, beispielsweise durch Lagerstellen der Nockenwelle 21 bedingtes Schleppmoment auf, mittels dem die Nockenwelle 21 in Richtung spät verstellt wird. Ist die Koppeleinheit 18 geöffnet, wird die Drehzahl des dritten Verstellgetriebeelements 25 durch das Schleppmoment der Nockenwelle 21 größer als die Drehzahl des ersten Verstellgetriebeelements 23. Die Nockenwelle 21 wird damit in Richtung spät verstellt.

In einem Betriebszustand, in dem die Magnetfeldorientierung der Magnetfeldeinheit 11 gemäß der zweiten Ausrichtung orientiert ist, ist für die Koppeleinheit 18 eine minimale Bremskraft eingestellt. Der magnetische Fluss 38, der die Koppelelemente 32, 33, 34, 35 der Koppeleinheit 18 durchsetzt, ist in der zweiten Ausrichtung der Magnetfeldorientierung 12 klein, wodurch die von der Koppeleinheit 18 bereitgestellte Bremskraft ebenfalls klein wird. Die Phasenverstelleinheit 10 stellt damit eine Bremskraft ein, durch die die Phasenlage in Richtung spät verstellt wird.

Zur Beibehaltung der aktuellen Phasenlage stellt die Phasenverstelleinheit 0 mittels der Verstellaktuatorik 19 eine Ausrichtung der Magnetfeldorientierung 12 ein, in der die Mag- netelemente 14, 15, 16 und die Koppeleinheit 18 teilweise magnetisch parallel und teilweise magnetisch in Reihe angeordnet sind. Der von dem Permanentmagneten 7 erzeugte magnetische Fluss 38 wird teilweise durch die Magnetelemente 14, 15, 16 kurzgeschlossen und durchsetzt teilweise zeitgleich die Koppeleinheit 18. Der durch die relative Ausrichtung der Magnetelemente 14, 15, 16 eingestellte magnetische Fluss 38, der die Koppeleinheit 18 durchsetzt, bewirkt damit genau eine erforderliche Bremskraft in der Koppeleinheit 18. Die Bremskraft wird dabei durch Verstellung der Magnetelemente 14, 15, 16 mittels einer nicht näher dargestellten Steuer- und/oder Regeleinheit elektronisch auf einen Wert eingeregelt, bei dem die Drehzahl des dritten Verstellgetriebeelements 25 gleich groß ist wie die Drehzahl des ersten Verstellgetriebeelements 23.

Claims

Patentansprüche

Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Verstelleinheit (10) zur Einstellung einer magnetischen Kraft, die dazu vorgesehen ist, mittels eines magnetischen Flusses (38) verstellt zu werden, und mit einer energiequellenunabhängigen Magnetfeldeinheit (11), die dazu vorgesehen ist, den gesamten magnetischen Fluss (38) zur Einstellung der magnetischen Kraft zu erzeugen.

Stellvorrichtung nach Anspruch ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Stellvorrichtung für eine Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung, insbesondere eine Nockenwellenverstellvorrichtung vorgesehen ist und die magnetische Kraft einer Phasenlage entspricht.

Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einstellung der Phasenlage durch eine Veränderung des magnetischen Flusses erfolgt.

Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Magnetfeldeinheit (11 ) wenigstens eine relative Magnetfeldorientierung (12) aufweist und die Phasenverstelleinheit (10) dazu vorgesehen ist, die relative Magnetfeldorientierung (12) der Magnetfeldeinheit (11 ) zu verändern. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

gekennzeichnet durch

eine Magnetflussleiteinheit (13) mit wenigstens zwei Magnetelementen (14, 15, 16), die zumindest teilweise relativ zueinander verstellbar sind.

Stellvorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens eines der Magnetelemente (15) zur Einstellung der Phasenlage verdreh- und/oder verschiebbar ist.

Stellvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Magnetfeldeinheit (11) zumindest einen Permanentmagneten (17) aufweist, der fest mit zumindest einem der Magnetelemente (15) verbunden ist.

Stellvorrichtung zumindest nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Phasenverstelleinheit (10) eine magnetisch einstellbare Koppeleinheit (18) aufweist und die Magnetflussleiteinheit (11 ) in wenigstens einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, den magnetischen Fluss (38) zumindest teilweise durch die Koppeleinheit (18) zu leiten.

Stellvorrichtung zumindest nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Magnetflussleiteinheit (13) in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, die Magnetfeldeinheit (11 ) kurzzuschließen.

Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Phasenverstelleinheit (10) eine Verstellaktuatorik (19) aufweist, die dazu vorgesehen ist, den zur Einstellung der Phasenlage vorgesehenen magnetischen Fluss (38) mechanisch zu verändern.

1. Stellvorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Verstellaktuatorik (19) zumindest einen aktiven Betätigungsaktuator (20) aufweist, der für die Einstellung der Phasenlage vorgesehen ist.

12. Stellvorrichtung zumindest nach den Ansprüchen 5 und 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der aktive Betätigungsaktuator (20) dazu vorgesehen ist, wenigstens eines der Magnetelemente (15) zu verschieben und/oder zu verdrehen.

13. Verfahren für eine Stellvorrichtung einer Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Nockenwellenverstellvorrichtung, mit einer Phasenverstell- einheit (10) zur Einstellung einer Phasenlage, die mittels eines magnetischen Flusses (38) verstellt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

der gesamte magnetischen Fluss (38) zur Einstellung der Phasenlage von einer energiequellenunabhängigen Magnetfeldeinheit (11 ) erzeugt wird.