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Die
Erfindung betrifft einen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors,
mit einer als Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen
und einem Ausgangselement ausgebildeten Stellvorrichtung zur Phasenverstellung
einer Nockenwelle, deren erstes Eingangselement mit einer Kurbelwelle
in Triebverbindung steht, deren zweites Eingangselement mit einer
steuerbaren Bremseinrichtung in Verbindung steht oder mit dieser
verbindbar ist, und deren Ausgangselement drehfest mit der Nockenwelle verbunden
ist.
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Bei
einem nicht verstellbaren Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors
steht die Nockenwelle in einem festen Phasenwinkel mit der Kurbelwelle
in Triebverbindung. Die auf den Drehwinkel der Kurbelwelle bezogenen Öffnungs-
und Schließwinkel der betreffenden Einlass- und Auslassventile
sind in diesem Fall durch die Formgestalt und die Ausrichtung der
die Ventile betätigenden Nocken der Nockenwelle und durch
die formschlüssige Ausrichtung des angetriebenen Nockenwellenrades
gegenüber dem antreibenden Kurbelwellenrad des Ventiltriebs festgelegt.
Die Triebverbindung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle
ist zumeist als Zugmitteltrieb ausgebildet, z. B. als Kettentrieb
mit als Kettenräder ausgebildeten Kurbelwellen- und Nockenwellenrädern
und einer diese formschlüssig verbindende Steuerkette oder
als Zahnriementrieb mit als Zahnriemenräder ausgebildeten
Kurbelwellen- und Nockenwellenrädern und einem diese formschlüssig verbindenden
Zahnriemen.
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Bei
einem Viertakt-Verbrennungskolbenmotor weist der Ventiltrieb eine Übersetzung
von 2 auf, d. h. die Nockenwelle wird mit der halben Drehzahl der
Kurbelwelle angetrieben. Nachteilig an einem nicht verstellbaren
Ventiltrieb ist allerdings der Umstand, dass die Öffnungs-
und Schließzeiten der Ventile nicht an relevante Betriebsparameter,
wie die aktuelle Motordrehzahl und/oder den aktuellen Lastzustand
des Verbrennungskolbenmotors, angepasst werden können.
Dies führt allgemein zu ungünstig hohen Abgaswerten
bei Leerlaufdrehzahl, zu einem geringen Drehmoment bei niedrigen
Motordrehzahlen, und zu einer relativ niedrigen Motorleistung bei höheren
Motordrehzahlen.
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Zur
Vermeidung dieser Nachteile sind bereits von verschiedenen Fahrzeug-
und Motorenherstellern Verstellvorrichtungen entwickelt worden,
die eine betriebszustandsabhängige Verstellung des Phasenwinkels
der Nockenwelle ermöglichen. So ist z. B. bei dem bekannten
VANOS-System von BMW ein hydraulischer Drehsteller unmittelbar zwischen
der mit dem Ketten- oder Zahnriemenzahnkranz versehenen Nabe und
der drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Achse des Nockenwellenrades
angeordnet. Bei dem bekannten VVT-i-System von Toyota ist dagegen
ein elektromechanischer Drehsteller unmittelbar zwischen der Nabe
und der Achse des Nockenwellenrades angeordnet. Nachteilig an derartigen
direkten Drehstellern sind die durch die geringe Übersetzung
bedingten hohen Stellkräfte und der hohe Steuerungsaufwand
für die Einstellung eines bestimmten Phasenwinkels.
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Zur
Verbesserung der Steuerungseigenschaften sind daher Verstellvorrichtungen
zur Phasenverstellung einer Nockenwelle vorgeschlagen worden, bei
denen im Ventiltrieb zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle
ein mit einem Stellantreb in Triebverbindung stehendes Überlagerungsgetriebe
angeordnet ist. Das Überlagerungsgetriebe weist allgemein
zwei Eingangselemente und ein Ausgangselement auf, wobei das erste
Eingangselement, z. B. über einen Zugmitteltrieb, mit der
Kurbelwelle in Triebverbindung steht, das zweite Eingangselement
mit einem steuerbaren Stellantrieb in Verbindung steht, und das
Ausgangselement drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Als Überlagerungsgetriebe
wird bevorzugt ein einfaches Planetengetriebe oder ein aus Komponenten
von zwei Planetenradsätzen bestehendes gekoppeltes Planetengetriebe
verwendet. Der Stellantrieb kann als hilfskraftgesteuerter Drehantrieb,
wie z. B. als Elektromotor oder als hydraulischer Drehsteller, oder
als steuerbare Bremseinrichtung ausgebildet sein.
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Eine
Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle mit einem Überlagerungsgetriebe und
einem als Elektromotor ausgebildeten Stellantrieb ist beispielsweise
aus der
DE 103 15
151 A1 bekannt. Das Überlagerungsgetriebe ist
als ein gekoppeltes Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, mehreren
achsenlos geführten Planetenrädern, und zwei durch
eine Profilverschiebung mit unterschiedlicher Zähnezahl
versehenen Hohlrädern ausgebildet. Das erste Eingangselement
dieses Überlagerungsgetriebes ist durch das erste Hohlrad
gebildet, das mit einem Kettenzahnkranz versehen ist und über
eine Steuerkette mit einer Kurbelwelle in Triebverbindung steht.
Das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes wird
durch das Sonnenrad gebildet, das drehfest mit der Triebwelle des
Elektromotors verbunden ist. Das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes
wird durch das zweite Hohlrad gebildet, das drehfest mit der Nockenwelle
verbunden ist. Je nach Ausbildung des Ventiltriebs, insbesondere der Übersetzung
zwischen dem Kurbelwellenrad und dem ersten Hohlrad sowie der Übersetzung
zwischen den beiden Hohlrädern, kann das Planetengetriebe
wahlweise als im unbetätigten Ruhezustand starr umlaufendes
oder als Standgetriebe mit im unbetätigten Ruhezustand
festgehaltenem Sonnenrad betrieben werden. Eine Phasenverstellung
der Nockenwelle erfolgt bei dieser Stelleinrichtung entweder durch
eine relative oder durch eine absolute Verdrehung des Sonnenrades
durch den Elektromotor.
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Eine
gattungsgemäße Stellvorrichtung zur Phasenverstellung
einer Nockenwelle mit einem Überlagerungsgetriebe und einer
mit diesem in Wirkverbindung stehenden Bremseinrichtung ist dagegen in
drei Ausführungsformen in der
DE 103 55 560 A1 beschrieben.
In einer ersten Ausführungsvariante dieser bekannten Stellvorrichtung
gemäß der dortigen
1 ist das Überlagerungsgetriebe
als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem mehrere
drehbar gelagerte Planetenräder tragenden Planetenträger,
und einem Hohlrad ausgebildet. Das erste Eingangselement dieses Überlagerungsgetriebes
wird durch das Hohlrad gebildet, das mit einem Kettenzahnkranz versehen
ist und über eine Steuerkette mit einer Kurbelwelle in
Triebverbindung steht. Das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes
wird durch das Sonnenrad gebildet, das mit drehfest mit einem Bauteil
der Bremseinrichtung verbunden ist. Das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes
wird durch den Planetenträger gebildet, der drehfest mit
der Nockenwelle verbunden ist.
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In
einer zweiten Ausführungsvariante dieser bekannten Stellvorrichtung
gemäß der dortigen 2 ist das Überlagerungsgetriebe
ebenfalls als ein einfaches Planetengetriebe ausgebildet, jedoch mit
einer anderen Zuordnung der Bauteile. Während das mit der
Bremseinrichtung in Verbindung stehende zweite Eingangselement dieses Überlagerungsgetriebes
ebenfalls durch das Sonnenrad gebildet ist, wird das erste Eingangselement
nunmehr durch den Planetenträger gebildet, der mit einem
Kettenzahnkranz versehen ist und über eine Steuerkette
mit der Kurbelwelle in Triebverbindung steht. Entsprechend wird
das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes nunmehr
durch das Hohlrad gebildet, welches drehfest mit der Nockenwelle
verbunden ist.
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In
einer dritten Ausführungsvariante der bekannten Stellvorrichtung
gemäß der dortigen
3 ist das Überlagerungsgetriebe
als ein gekoppeltes Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, mehreren achsenlos
geführten Planetenrädern, und zwei durch eine
Profilverschiebung mit unterschiedlicher Zähnezahl versehenen
Hohlrädern entsprechend der
DE 103 15 151 A1 ausgeführt, wobei
das Sonnenrad das zweite Eingangselement bildet und mit der Bremseinrichtung
in Verbindung steht. Die Bremseinrichtung dieser bekannten Stellvorrichtung
ist als eine elektrisch steuerbare Bremse, insbesondere als eine Hysteresebremse,
ausgebildet. Die Bremswirkung einer Hysteresebremse beruht bekanntlich
auf der Umpolung eines ferromagnetischen Werkstoffes bei einer Bewegung
durch ein Magnetfeld mit wechselnder Polung. Ein derart erzeugtes
Bremsmoment wird somit berührungslos und verschleißfrei
erzeugt und ist fein dosierbar. Zur Erzeugung eines für
die Phasenverstellung einer Nockenwelle hinreichend großen
Bremsmomentes ist aber nachteilig eine kost spielige Leistungsendstufe
zur Versorgung eines entsprechenden Elektromagneten erforderlich.
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Eine
weitere gattungsgemäße Stellvorrichtung zur Phasenverstellung
einer Nockenwelle mit einem Überlagerungsgetriebe und einer
mit diesem in Wirkverbindung stehenden Bremseinrichtung ist aus der
DE 10 2006 011 806
A1 bekannt. Das Überlagerungsgetriebe dieser Stelleinrichtung
ist bevorzugt als ein gekoppeltes Planetengetriebe mit zwei Sonnenrädern
mit unterschiedlichen Durchmessern und Zähnezahlen und
einem mehrere drehbar gelagerte zweistufige Planetenräder
tragenden Planetenträger ausgebildet. Das erste Eingangselement
dieses Überlagerungsgetriebes ist durch den Planetenträger gebildet,
der mit einem Kettenzahnkranz versehen ist und über eine
Steuerkette mit einer Kurbelwelle in Triebverbindung steht. Das
zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes wird
durch das erste Sonnenrad gebildet, das drehfest mit einem Bauteil der
Bremseinrichtung verbunden ist. Das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes
wird durch das zweite Sonnenrad gebildet, das drehfest mit der Nockenwelle
verbunden ist.
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Die
Bremseinrichtung bei dieser Stellvorrichtung ist als eine elektromagnetisch
betätigbare Reibungsbremse ausgebildet. Ein ringscheibenförmiger ferromagnetischer
Reibbelag der Reibungsbremse ist über eine Innenverzahnung
drehfest und axial verschiebbar auf der Außenverzahnung
des ersten Sonnenrades geführt. Im unbetätigten
Ruhezustand wird der Reibbelag durch eine Feder axial gegen den
Planetenträger gedrückt, wodurch ein oder mehrere
Verriegelungselemente in entsprechende Ausnehmungen des Planetenträgers
einrasten, so dass das Planetengetriebe in sich blockiert ist und
starr umläuft.
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Mit
der Betätigung eines axial gegenüberliegend angeordneten
gehäusefesten Elektromagneten wird der Reibbelag gegen
die Rückstellkraft der Feder axial nach außen
gegen eine Reibfläche gezogen, wodurch die Kopplung zwi schen
dem ersten Sonnenrad und dem Planetenträger aufgehoben
wird und das Sonnenrad entsprechend dem wirksamen Bremsmoment abgebremst
wird.
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Für
die Erzeugung eines für die Phasenverstellung einer Nockenwelle
ausreichend hohen Bremsmomentes ist jedoch auch ein relativ starkes Magnetfeld
erforderlich, so dass auch diese Verstellvorrichtung eine Verstärkerendstufe
zur Ansteuerung des Elektromagneten benötigen kann. Nachteilig
an dieser bekannten Verstellvorrichtung ist jedoch im Wesentlichen
die reibungs- und damit verschleißbehaftete Wirkungsweise
der Bremsvorrichtung, die eine aufwendige verschleißabhängige
Adaption der Bremsmomentsteuerung benötigt.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit einer Stellvorrichtung
zur Phasenverstellung einer Nockenwelle der eingangs genannten Art
vorzuschlagen, bei der das Bremsmoment der zugeordneten Bremseinrichtung
bei einfachem sowie kostengünstigen Aufbau und guter Steuerbarkeit
verschleißarm und ohne hohen Energieaufwand erzeugbar ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß in Verbindung mit
den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst,
dass die Bremseinrichtung als eine magnetorheologische Bremse ausgebildet ist,
die ein mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes
in Verbindung stehendes oder mit diesem verbindbares drehbares Bauteil
und ein an einem Gehäusebauteil befestigtes feststehendes
Bauteil umfasst, wobei mindestens eine Wirkfläche des drehbaren
Bauteils in einem abgedichteten und mit einem magnetorheologischen
Fluid gefüllten Hohlraum des feststehenden Bauteils einer
in geringem Abstand parallel ausgerichteten Wirkfläche
des feststehenden Bauteils gegenüber liegt, und wobei die
Zähigkeit des magnetorheologischen Fluids über die
Stärke des Magnetfeldes eines nahe des Hohlraums angeordneten
Elektromagneten steuerbar ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Ventiltriebs sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 16.
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Die
Erfindung geht demnach von einem Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors
aus, der eine als Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen
und einem Ausgangselement ausgebildete Stellvorrichtung zur Phasenverstellung
einer Nockenwelle aufweist, wobei das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes
mit einer Kurbelwelle in Triebverbindung steht, das zweites Eingangselement
des Überlagerungsgetriebes mit einer steuerbaren Bremseinrichtung
in Verbindung steht oder mit dieser verbindbar ist, und das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes
drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist
die Bremseinrichtung als eine magnetorheologische Bremse ausgebildet ist,
die ein mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes
in Verbindung stehendes oder mit diesem verbindbares drehbares Bauteil
und ein an einem Gehäusebauteil befestigtes feststehendes
Bauteil aufweist. Mindestens eine Wirkfläche des feststehenden
Bauteils der magnetorheologischen Bremse steht in einem abgedichteten
und mit einem magnetorheologischen Fluid gefüllten Hohlraum
des feststehenden Bauteils einer in geringem Abstand parallel ausgerichteten
Wirkfläche des feststehenden Bauteils gegenüber,
so dass bei einer Drehung des drehbaren Bauteils aufgrund der durch
die Zähigkeit des magnetorheologischen Fluids bewirkten
Scherkräfte ein Bremsmoment auf das drehbare Bauteil wirksam
ist. Die Zähigkeit des magnetorheologischen Fluids und
damit die Höhe des auf das drehbare Bauteil wirksamen Bremsmomentes
sind über die Stärke des Magnetfeldes des nahe
des Hohlraumes angeordneten Elektromagneten steuerbar.
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Eine
magnetorheologische Bremse hat gegenüber einer Reibungsbremse
den Vorteil einer weitgehend verschleißfreien Wirkungsweise.
Zudem ist im Gegensatz zu einer Hysteresebremse und einer magnetisch
steuerbaren Reibungsbremse kein starkes Magnetfeld erforderlich,
da das Bremsmoment der magnetorheologischen Bremse indirekt über
die Änderung der Zähigkeit des magnetorheologischen
Fluids gesteuert wird. Daher kann bei der Stromversorgung des Elektromagneten
der magnetorheologischen Bremse auf eine Verstärkerendstufe Kosten
sparend verzichtet werden.
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Die
magnetorheologische Bremse der erfindungsgemäßen
Stellvorrichtung ist bevorzugt derart ausgeführt, dass
das drehbare Bauteil der Bremse als eine Bremsscheibe mit zwei radial-parallelen Wirkflächen
und das feststehende Bauteil der Bremse als ein Bremssattel mit
zwei den Hohlraum begrenzenden und jeweils einer der Wirkflächen
der Bremsscheibe in geringem Abstand gegenüberliegenden
radial-parallelen Wirkflächen ausgebildet sind.
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Zur
Erzielung eines größeren Bremsmomentes kann jedoch
auch vorgesehen sein, dass das drehbare Bauteil der Bremse als eine
Bremsscheibe mit mehreren, zumindest im Bereich des Hohlraumes angeordneten
Scheibensegmenten mit jeweils zwei radial-parallelen Wirkflächen
und das feststehende Bauteil der Bremse als ein Bremssattel mit
mehreren zwischen den Scheibensegmenten der Bremsscheibe in den
Hohlraum hineinragenden Scheibensegmenten mit jeweils zwei, jeweils
einer der Wirkflächen der Bremsscheibe in geringem Abstand
gegenüberliegenden radial-parallelen Wirkflächen
ausgebildet sind.
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Da
die magnetorheologische Bremse auch bei abgeschaltetem Elektromagneten
ein Restbremsmoment aufweist, das z. B. durch Abpumpen des magnetorheologischen
Fluids aus dem Hohlraum in einen Vorratsbehälter nur mit
hohem Aufwand aufgehoben werden könnte, ist zweckmäßig vorgesehen,
dass die Bremsscheibe drehbar auf dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes
gelagert und mit diesem über eine ein- und ausrückbare
Trennkupplung drehfest verbindbar ist. Die magnetorheologische Bremse
kann somit bedarfsweise durch das Ausrücken der Trennkupplung deaktiviert
und durch das Einrücken der Trennkupplung aktiviert werden.
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Die
Trennkupplung der magnetorheologischen Bremse ist bevorzugt als
eine Klauenkupplung ausgebildet, die eine über eine Innenverzahnung
auf einer Außenverzahnung des zweiten Eingangselementes
des Überlagerungsgetriebes drehfest und axial verschiebbar
gelagerte und zur drehfesten Kopplung der Bremsscheibe mit dem zweiten
Eingangselement über eine axial benachbarte Außenverzahnung
der Bremsscheibe verschiebbare Schaltmuffe aufweist.
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Zur
einfachen Steuerbarkeit ist zweckmäßig vorgesehen,
dass die Trennkupplung im stellkraftfreien Ruhezustand über
ein Federelement in ihrer ausgerückten Stellung gehalten
wird und über einen auf einen ferromagnetischen Abschnitt
der Schaltmuffe wirksamen Elektromagneten in ihre eingerückte
Stellung verschiebbar ist.
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Um
bedarfsweise das Überlagerungsgetriebe in sich blockieren
zu können, ist vorteilhaft, eine aus- und einrückbare
Blockierkupplung zur drehfesten Verbindung des zweiten Eingangselementes
mit dem ersten Eingangselement oder dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes
vorgesehen.
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In
einer bevorzugten Bauform ist die Blockierkupplung als eine Klauenkupplung
ausgebildet, die eine drehfest und axial verschiebbar auf dem zweiten
Eingangselement des Überlagerungsgetriebes gelagerte Kupplungsscheibe,
mehrere an der Kupplungsscheibe umfangsseitig verteilt angeordnete
und in Richtung des Überlagerungsgetriebes axial hervorstehende
Mitnahmeklauen, und mehrere dazu korrespondierende, an dem ersten
Eingangselement oder dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes
angeordnete axiale Mitnahmevertiefungen aufweist.
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Zur
alternierenden Steuerung der Blockierkupplung des Überlagerungsgetriebes
zu der Trennkupplung der magnetorheologischen Bremse ist zweckmäßig
vorgesehen, dass die Blockierkupplung im stellkraftfreien Ruhezustand über
ein Federelement in ihrer eingerückten Stellung gehalten
wird und über einen auf einen ferromagnetischen Abschnitt der
Kupplungsscheibe wirksamen Elektromagneten in ihre ausgerückte
Stellung verschiebbar ist.
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Zur
Vereinfachung der Betätigung der Trennkupplung und der
Blockierkupplung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Trennkupplung
und die Blockierkupplung derart miteinander kombiniert sind, dass beide
Kupplungen wechselweise über einen gemeinsamen Elektromagneten
betätigbar, d. h. ein- und ausrückbar sind. Somit
wird mit einem Einrücken der Trennkupplung zugleich die
Blockierkupplung ausgerückt und mit einem Einrücken
der Blockierkupplung zugleich die Trennkupplung ausgerückt.
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Die
Trennkupplung und die Blockierkupplung können auf einfache
und Platz sparende Weise dadurch miteinander kombiniert werden,
dass die Schaltmuffe der Trennkupplung und die Kupplungsscheibe
der Blockierkupplung einstückig ausgebildet oder starr
miteinander verbunden sind. Beide Kupplungen können somit über
denselben, auf einen gemeinsamen ferromagnetischen Abschnitt wirksamen Elektromagneten
betätigt werden.
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Das
Federelement ist bevorzugt als eine Tellerfeder ausgebildet, die
auf der dem Überlagerungsgetriebe abgewandten Seite an
der Schaltmuffe der Trennkupplung und/oder der Kupplungsscheibe
der Blockierkupplung befestigt und an einem gehäusefesten
Bauteil, insbesondere an dem Bremssattel der Bremse, z. B. über
ein Stützlager abgestützt ist.
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Zum
selbsttätigen Ausrücken der Trennkupplung und
Einrücken der Blockierkupplung ist keine große
Federsteifigkeit der Tellerfeder erforderlich. Somit ist zur Betätigung
der Trennkupplung und/oder der Blockierkupplung ein relativ schwaches
Magnetfeld des auf den ferromagnetischen Abschnitt wirksamen Elektromagneten
ausreichend. Ebenfalls sind dadurch die Stützkraft und
das damit verbundene Widerstandsmoment der Tellerfeder relativ klein.
Das Widerstandsmoment der Tellerfeder kann zudem durch die Verwendung
eines Stützlagers, z. B. in Form eines Wälzlagers,
weiter reduziert werden.
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Zur
weiteren Vereinfachung der Betätigung der Trennkupplung
und/oder der Blockierkupplung ist es zudem vorteilhaft, dass der
ferromagnetische Abschnitt der Schaltmuffe und/oder der Kupplungsscheibe
zur gleichzeitigen Betätigung durch den Elektromagneten
der magnetorheologischen Bremse im Wirkbereich dieses Elektromagneten
angeordnet ist. Ein separater Elektromagnet zur Betätigung
der Trennkupplung und/oder der Blockierkupplung ist somit eingespart.
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Das Überlagerungsgetriebe
kann als ein gekoppeltes Planetengetriebe mit zwei Sonnenrädern mit
unterschiedlichen Durchmessern und Zähnezahlen und einem
mehrere drehbar gelagerte zweistufige Planetenräder tragenden
Planetenträger ausgebildet sein, wobei das erste Eingangselement
des Überlagerungsgetriebes durch den Planetenträger, das
zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes durch
das erste Sonnenrad, und das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes
durch das zweite Sonnenrad gebildet ist.
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Es
ist jedoch auch möglich, dass das Überlagerungsgetriebe
als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem mehrere
drehbar gelagerte Planetenräder tragenden Planetenträger
und einem Hohlrad ausgebildet ist, wobei das erste Eingangselement
des Überlagerungsgetriebes durch das Hohlrad, das zweite
Eingangselement des Überlagerungsgetriebes durch das Sonnenrad,
und das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes durch
den Planetenträger gebildet ist.
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In
einer dazu alternativen Ausbildung des Überlagerungsgetriebes
als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem mehrere
drehbar gelagerte Planetenräder tragenden Planetenträger,
und einem Hohlrad ist das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes
durch den Planetenträger, das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes
durch das Sonnenrad, und das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes durch
das Hohlrad gebildet.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser
zeigt
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1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Stellvorrichtung mit ausgerückter Trennkupplung der Bremseinrichtung und
mit eingerückter Blockierkupplung des Überlagerungsgetriebes,
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2 die
erfindungsgemäße Stellvorrichtung nach 1 mit
eingerückter Trennkupplung der Bremseinrichtung und mit
ausgerückter Blockierkupplung des Überlagerungsgetriebes,
und
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3 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Stellvorrichtung mit ausgerückter Trennkupplung der Bremseinrichtung und
mit eingerückter Blockierkupplung des Überlagerungsgetriebes.
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Eine
erste erfindungsgemäße Stellvorrichtung 1 zur
Phasenverstellung einer Nockenwelle nach 1 umfasst
ein Überlagerungsgetriebe 2 mit zwei Eingangselementen 3, 4 und
einem Ausgangselement 5 sowie eine steuerbare Bremseinrichtung 6. Das Überlagerungsgetriebe 2 ist
vorliegend beispielhaft als ein gekoppeltes Planetengetriebe 7 mit
zwei Sonnenrädern 8, 9 mit unterschiedlichen
Durchmessern und Zähnezahlen sowie einem mehrere drehbar gelagerte
zweistufige Planetenräder 10 tragenden Planetenträger 11 ausgebildet
ist. Das erste Eingangselement 3 des Überlagerungsgetriebes 2 wird durch
den Planetenträger 11 gebildet, der mit einem Kettenzahnkranz 12 versehen
ist und über eine Steuerkette 13 mit einer nicht
abgebildeten Kurbelwelle in Triebverbindung steht. Das zweite Eingangselement 4 des Überlagerungsgetriebes 2 wird
durch das kleinere erste Sonnenrad 8 gebildet, das mit
der Bremseinrichtung 6 verbunden bzw. verbindbar ist. Das Ausgangselement 5 des Überlagerungsgetriebes 2 wird
durch das größere zweite Sonnenrad 9 gebildet, das
einstückig mit der Nockenwelle 14 verbunden ist.
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Die
Bremseinrichtung 6 ist als eine magnetorheologische Bremse 15 ausgebildet,
die eine mit dem ersten Sonnenrad 8 des Überlagerungsgetriebes 2 verbindbare
Bremsscheibe 16 und einen gehäusefest montierten
Bremssattel 17 umfasst. Radial außen liegen zwei
radial-parallele Wirkflächen 18a, 18b der
Bremsscheibe 16 in einem abgedichteten und mit einem magnetorheologischen
Fluid 19 gefüllten Hohlraum 20 des Bremssattels 17 jeweils
einer den Hohlraum 20 begrenzenden radial-parallelen Wirkfläche 21a, 21b des
Bremssattels 17 in geringem Abstand gegenüber.
Die Zähigkeit des magnetorheologischen Fluids 19 und
damit das durch Scherkräfte des Fluids 19 auf
die Wirkflächen 18a, 18b hervorgerufene,
auf die Bremsscheibe 16 wirksame Bremsmoment ist über
die Stärke des Magnetfeldes eines nahe des Hohlraums 20 in
dem Bremssattel 17 angeordneten Elektromagneten 22 steuerbar.
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Zur
Vermeidung eines auch bei abgeschaltetem Elektromagneten 22 wirksamen
Bremsmomentes ist die Bremsscheibe 16 drehbar auf einem
Abschnitt des ersten Sonnenrades 8 gelagert und mit diesem über
eine ein- und ausrückbare Trennkupplung 23 drehfest
verbindbar. Die Trennkupplung 23 ist als eine Klauenkupplung
ausgebildet, die eine über eine Innenverzahnung 24 auf
einer Außenverzahnung 25 des ersten Sonnenrades 8 drehfest
sowie axial verschiebbar gelagerte und zur drehfesten Kopplung der
Bremsscheibe 16 mit dem ersten Sonnenrad 8 über
eine axial benachbarte Außenverzahnung 26 der
Bremsscheibe 16 verschiebbare Schaltmuffe 27 aufweist.
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Zudem
ist zur internen Blockierung des Überlagerungsgetriebes 2 eine
aus- und einrückbare Blockierkupplung 28 vorgesehen.
Die Blockierkupplung 28 ist als eine Klauenkupplung ausgebildet
und wird aus einer drehfest sowie axial verschiebbar auf dem ersten
Sonnenrad 8 gelagerten Kupplungsscheibe 29, mehreren
an der Kupplungsscheibe 29 umfangsseitig verteilt angeordneten
und in Richtung des Überlagerungsgetriebes 2 axial
hervorstehenden Mitnahmeklauen 30, und mehreren damit korrespondierenden,
an dem Planetenträger 11 angeordneten axialen
Mitnahmevertiefungen 31 gebildet.
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Beide
Kupplungen 23, 28 sind dadurch miteinander kombiniert,
dass die Schaltmuffe 27 der Trennkupplung 23 und
die Kupplungsscheibe 29 der Blockierkupplung 28 einstückig
ausgebildet sind. Durch ein Federelement 32, das vorliegend
als eine Tellerfeder 33 ausgebildet ist, die auf der dem Überlagerungsgetriebe 2 abgewandten
Seite an der Kupplungsscheibe 29 der Blockierkupplung 28 befestigt
und über ein Stützlager 34 an dem Bremssattel 17 abgestützt
ist, wird im stellkraftfreien Ruhezustand, wie er in 1 dargestellt
ist, die Trennkupplung 23 in ihrer ausgerückten
Stellung und die Blockierkupplung 28 in ihrer eingerückten
Stellung gehalten.
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Das
Einrücken der Trennkupplung 23 und das Ausrücken
der Blockierkupplung 28 erfolgt über den Elektromagneten 22 der
magnetorheologischen Bremse 15, wozu die Kupplungsscheibe 29 der
Blockierkupplung 28 in ihrem radialen Außenbereich
mit einem im Wirkbereich dieses Elektromagneten 22 liegenden
ferromagnetischen Abschnitt 35 versehen ist. Durch das
Einschalten des Elektromagneten 22 zur Einstellung eines
Bremsmomentes der magnetorheologischen Bremse 15 wird die
Kupplungsscheibe 29 entgegen der Rückstellkraft
der Tellerfeder 33 axial in Richtung des Bremssattels 17 gezogen
und dadurch die Blockierkupplung 28 ausgerückt
und damit die interne Blockierung des Überlagerungsgetriebes 2 aufgehoben
und zugleich die Trennkupplung 23 eingerückt und
damit die Bremsscheibe 16 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8 verbunden.
Diese bei eingeschaltetem Elektromagneten 22 vorliegenden
Schaltstellungen der Kupplungen 23, 28 sind für die
vorliegende Stellvorrichtung 1 in der Abbildung von 2 dargestellt.
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Eine
zweite erfindungsgemäße Stellvorrichtung 1' zur
Phasenverstellung einer Nockenwelle nach 3 weist
gegenüber der Stellvorrichtung 1 nach 1 eine
modifizierte Bremseinrichtung 6' auf. Zur Erzielung eines
höheren Bremsmomentes ist die Bremsscheibe 16' der
magnetorheologischen Bremse 15' radial außen im
Bereich des Hohlraumes 20' mit mehreren Scheibensegmenten 36 mit
jeweils zwei radial-parallelen Wirkflächen 18c, 18d und
der Bremssattel 17' mit mehreren zwischen den Scheibensegmenten 36 der
Bremsscheibe 16' in den Hohlraum 20' hineinragenden
Scheibensegmenten 37 mit jeweils zwei, jeweils einer der
Wirkflächen 18c, 18d der Bremsscheibe 16' in
geringem Abstand gegenüberliegenden radial-parallelen Wirkflächen 21c, 21d versehen.
Aus der dadurch erzielten Vergrößerung der durch
die Scherkräfte des magnetorheologischen Fluids 19 beaufschlagten
Gesamtwirkfläche (18c, 18d) der Bremsscheibe 16' ergibt
sich bei gleicher Zähigkeit des Fluids 19 ein
höheres Bremsmoment der magnetorheologischen Bremse 15'.
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- 1
- Stellvorrichtung
- 1'
- Stellvorrichtung
- 2
- Überlagerungsgetriebe
- 3
- Erstes
Eingangselement
- 4
- Zweites
Eingangselement
- 5
- Ausgangselement
- 6
- Bremseinrichtung
- 6'
- Bremseinrichtung
- 7
- Planetengetriebe
- 8
- Erstes
Sonnenrad
- 9
- Zweites
Sonnenrad
- 10
- Planetenrad
- 11
- Planetenträger
- 12
- Kettenzahnkranz
- 13
- Steuerkette
- 14
- Nockenwelle
- 15
- Magnetorheologische
Bremse
- 15'
- Magnetorheologische
Bremse
- 16
- Bremsscheibe
- 16'
- Bremsscheibe
- 17
- Bremssattel
- 17'
- Bremssattel
- 18a
- Wirkfläche
- 18b
- Wirkfläche
- 18c
- Wirkfläche
- 18d
- Wirkfläche
- 19
- Magnetorheologisches
Fluid
- 20
- Hohlraum
- 20'
- Hohlraum
- 21a
- Wirkfläche
- 21b
- Wirkfläche
- 21c
- Wirkfläche
- 21d
- Wirkfläche
- 22
- Elektromagnet
- 22'
- Elektromagnet
- 23
- Trennkupplung
- 24
- Innenverzahnung
- 25
- Außenverzahnung
- 26
- Außenverzahnung
- 27
- Schaltmuffe
- 28
- Blockierkupplung
- 29
- Kupplungsscheibe
- 30
- Mitnahmeklaue
- 31
- Mitnahmevertiefung
- 32
- Federelement
- 33
- Tellerfeder
- 34
- Stützlager
- 35
- Ferromagnetischer
Abschnitt
- 36
- Scheibensegment
- 37
- Scheibensegment
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10315151
A1 [0006, 0009]
- - DE 10355560 A1 [0007]
- - DE 102006011806 A1 [0010]