VERSTELLSYSTEM FÜR NOCKENWELLEN EINER BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine mit Notlauffunktion, umfassend ein Überlagerungsgetriebe mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement, einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement und einem Stellelement, durch das sich mittels einer Einrichtung zum Aufbringen eines für den Normalbetrieb veränderbaren Bremsmoments auf das Stellelement eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bewirken lässt, wobei bei Ausfall der Einrichtung und/oder ihrer Steuerung durch Abbremsen bzw. Festsetzen des Stellelements eine Notlaufposition der Nockenwelle erreichbar und haltbar ist.

[0002] Ein derartiges Verstellsystem ist in der DE 102 20 687 A1 beschrieben. Bei diesem Verstellsystem wird ein Verstellmotor verwendet, dessen Stator entweder mit dem Zylinderkopf, in dem die Nockenwelle gelagert ist, fest verbunden ist und dessen Rotor auf das Antriebselement des Überlagerungsgetriebes wirkt, oder dessen Stator mit dem Antriebselement fest verbunden ist, wobei der Rotor ebenfalls auf das Stellelement des Überlagerungsgetriebes wirkt. Der Verstellmotor kann als Permanentmagnetverstellmotor oder als fremderregter Gleichstrommotor ausgebildet sein. Bei einem als Permanentmagnetmotor ausgebildeten Verstellmotor, dessen Stator drehfest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden ist, muss der Rotor so angesteuert werden, dass er im stationären Betrieb, wenn also eine vorgegebene Phasenlage des Antriebselements, das von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird, gegenüber dem Abtriebselement, das die Nockenwelle antreibt, einen vorgegebenen Wert erreicht hat, mit derselben Drehzahl wie das Antriebselement umläuft. Zum Verstellen der Nockenwelle auf "früh" oder "spät" wird dieser Rotor kurzzeitig langsamer oder schneller als das Antriebselement in Drehung versetzt, bis die gewünschte Phasenlage erreicht ist.

[0003] Ein solcher, als Permanentmagnetmotor ausgebildeter Verstellmotor weist gemäß der DE 102 20 687 A1 ein Selbsthaltemoment 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 Verstellmotor statisch belasten kann, ohne eine ungleichförmige aber kontinuierliche Drehung hervorzurufen. Dieses Selbsthaltemoment kann ausreichen, um ein Verstellen des Stellelements in einer Notlaufposition zu bewirken, wenn die Spannungsbeaufschlagung des Stellmotors und/oder dessen Steuerung ausfällt. Reicht dieses Selbsthaltemoment zum Festsetzen des Stellelements nicht aus, muss zusätzlich durch eine zylinderkopffeste, mechanisch oder elektrisch wirkende Bremse ein externes Bremsmoment aufgebracht werden. Bei einem mit dem Antriebselement rotierenden Stator ist diese zylinderkopffeste, mechanisch oder elektrisch wirkende Bremse sogar zwingend erforderlich.

[0004] Der Aufbau eines derartigen als Permanentmagnetmotor oder als fremderregter Gleichstrommotor ausgebildeten Stellmotors ist kompliziert und erfordert eine aufwendige Steuerung. Durch die zusätzlich erforderliche, zylinderkopffeste, mechanisch oder elektrisch wirkende Bremse wird dieser Aufbaut noch aufwendiger.

[0005] Weiter ist aus der DE 103 55 560 A1 eine Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle bekannt, welche ein von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenes Antriebselement, ein die Nockenwelle antreibendes Abtriebselement und ein Stellelement aufweist, welches von einer Bremse mit einer Bremskraft beaufschlagt wird. Durch eine Variation des Bremsmomentes am Stellelement ist eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erreichbar. Dabei lässt die Bauform der Verstellvorrichtung beliebige Phasenwinkel zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement zu. Die Bremse ist als eine berührungslos arbeitende, elektromagnetische Bremse ausgeführt. Vorzugsweise wird eine Hysteresebremse verwendet, deren Bremsmoment unabhängig von der Drehzahl ist.

[0006] Weitere Verstellvorrichtungen für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 10 2004 043 548 A1, DE 10 2004 033 522 A1 und DE 10 2006 011 806 A1 bekannt. Die Verstellvorrichtung gemäß der DE 10 2006 011 806 A1 weist ein Bremssystem sowie ein mit einer Nockenwelle abtriebsseitig und mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsseitig verbundenes Überlagerungsgetriebe auf, wobei das Überlagerungsgetriebe zum Verstellen der Nockenwelle einen Teil der antriebsseitigen Energie in das Bremssystem abführt. Gemäß einem weiteren Merkmal dieser bekannten Verstellvorrichtung ist das Bremssystem als reibschlüssiges Bremssystem ausgebildet, wobei die erforderliche Bremskraft über einen im Dauerschlupf befindlichen Reibbelag erzeugt wird.

[0007] Die DE 10 2005 037 158 A1 beschreibt ein Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine mit Notlauffunktion nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0008] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine mit Notlauffunktion zu schaffen, das einfach aufgebaut und leicht steuerbar ist.

[0009] Diese Aufgabe wird durch ein Verstellsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verstellsystem der eingangs erwähnten Art, umfassend ein Überlagerungsgetriebe mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement, einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement und einem Stellelement, durch das sich mittels einer Einrichtung zum Aufbringen eines für den Normalbetrieb veränderbaren Bremsmoments auf das Stellelement eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bewirken lässt, wobei bei Ausfall der Einrichtung und/oder ihrer Steuerung durch Abbremsen bzw. Festsetzen des Stellelements eine Notlaufposition der Nockenwelle erreichbar und haltbar ist, vorgesehen, dass ein Belagträger der Einrichtung axial verschiebbar und drehfest auf einer das Stellelement tragenden Welle angeordnet ist, dass das Bremsmoment für den Normalbetrieb 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 Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten und/oder seiner Steuerung durch die Kraft der Feder gegen eine feststehende Gegenreibfläche pressbar und dadurch die Notlaufposition einstellbar ist.

[0010] Bei dem erfindungsgemäßen 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 Gegenreibfläche gepresst wird und dadurch die Notlaufposition eingestellt wird.

[0011] Im Normalbetrieb wird der Elektromagnet mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, die in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Phasenwinkel zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle in ihrer Höhe veränderbar ist, wodurch die Anpresskraft der Feder gegen die feststehende Gegenreibfläche mehr oder weniger vermindert wird, so dass sich das Stellelement gegenüber dem Antriebselement verdrehen kann, bis der vorgegebene Phasenwinkel erreicht ist.

[0012] Das Überlagerungsgetriebe ist erfindungsgemäß als Planetengetriebe ausgebildet, mit einem aus einem Hohlrad bestehenden Abtriebselement, mit einem aus einem Planetenträger bestehenden Antriebselement, mit Planetenrädern und mit einem aus einem Sonnenrad bestehenden Stellelement, wobei der Planetenträger wenigstens eine, von einer Drehachse radial beabstandete Ausnehmung aufweist, wobei das Hohlrad wenigstens eine axial hervorstehende, in die Ausnehmung eingreifende Steuernase aufweist, und bei dem in Umfangsrichtung beabstandete Endflächen der wenigstens einen Ausnehmung Anschläge für die wenigstens eine Steuernase bilden und die extremen Verstellstellpositionen der Nockenwelle relativ zum Antriebselement darstellen.

[0013] Diese extremen Verstellstellpositionen entsprechen dem maximalen Phasenwinkel in Richtung "früh" und in Richtung "spät", und eine dieser extremen Verstellstellpositionen entspricht gleichzeitig der Notlaufposition, die dann erreicht wird, wenn die Spannungsbeaufschlagung und/oder die Steuerung des Elektromagneten ausfällt und der Belagträger durch Federkraft gegen eine feststehende Gegenreibfläche gepresst wird, während die entgegen gesetzte Position erreicht wird, wenn der Belagträger vollständig durch die entsprechende Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten ohne Berührung mit der feststehenden Gegenreibfläche ist.

[0014] In der Notlaufposition liegt der Belagträger mit der vollen Federkraft an der Gegenreibfläche an, so dass ein entsprechendes Bremsmoment erzeugt wird, das bei laufender Verbrennungskraftmaschine in dieser Notlaufposition eine dauernde Reibung und damit Erwärmung bewirkt. Um diese Reibungswärme und den damit verbundenen Verschleiß zu vermindern, lässt sich auf der Welle für das als Sonnenrad ausgebildete Stellelement eine durch die Federkraft axial entgegen gesetzt zum Belagträger verschiebbare Druckscheibe drehbar lagern, deren wenigstens einer axial ausgerichteter Steuernocken in die Ausnehmung im als Planetenträger ausgebildeten Antriebselement eingreift und dadurch mit dem den Planetenträger drehfest aber axial verschiebbar gekuppelt ist, wobei ein Endbereich einer Nockenfläche des Steuernockens, welcher der Notlaufposition entspricht, gegenüber der Nockenfläche abgesenkt ausgebildet ist und die wenigstens eine Steuernase 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 Überbelastung des Reibbelags durch übermäßige Erwärmung verhindert wird.

[0015] Wenn der abgesenkte Endbereich der Nockenfläche als Rampe ausgebildet ist, kann die damit zusammenwirkende Steuernase am das Abtriebselement bildende Hohlrad bei Beaufschlagung des Elektromagneten mit einer entsprechenden elektrischen Spannung und Umkehrung der im Überlagerungsgetriebe wirkenden Momente auf die Rampe bis zum Erreichen der Nockenfläche 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.

[0016] Der Endbereich der Nockenfläche lässt sich auch als Verriegelungstasche ausbilden, in der die Steuernase bei Erreichen der Notlaufposition auch bei Auftreten erhöhter Drehmomente, beispielsweise Losbrechmomente, sicher gehalten wird. In diesem Fall ist es erforderlich, die Druckscheibe durch äußerliche Einwirkung axial zu verschieben, wenn die Verriegelung der Steuernase am Hohlrad in der Verriegelungstasche aufgehoben werden soll.

[0017] Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellsystems ist der Elektromagnet derartig bezüglich des Belagträgers und der Gegenreibfläche angeordnet, dass im Normalbetrieb das zwischen dem Belagträger und der auf einer Seite des Belagträgers angeordneten Gegenreibfläche wirkende Bremsmoment durch Beaufschlagung des Elektromagneten mit einer veränderbaren Spannung bis zum vollständigen Anliegen des Belagträgers an der Gegenreibfläche 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 angeordneten, feststehenden Gegenreibfläche erzeugt wird.

[0018] In beiden Varianten ist demnach nur ein mit einer veränderlichen Spannung beaufschlagbarer Elektromagnet erforderlich, um das für die Einstellung des Phasenwinkels veränderbare Bremsmoment zu erzeugen, während das für das Erreichen der Notlaufposition erforderliche Bremsmoment durch eine Federkraft bewirkt wird.

[0019] Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1

eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Verstellsystems gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2

eine perspektivische Ansicht eines als Planetenträger in einem Planetengetriebe ausgebildeten Antriebselements,

Fig. 3

eine perspektivische Ansicht eines als Hohlrad in einem Planetengetriebe ausgebildeten Abtriebselements,

Fig. 4

eine erste Ausführungsform einer Druckscheibe im Verstellsystem gemäß Fig. 1,

Fig. 5

eine zweite Ausführungsform einer Druckscheibe in einem Verstellsystem gemäß Fig. 1. und

Fig. 6

eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines nicht erfindungsgemäßen Verstellsystems.

[0020] Das Verstellsystem gemäß Fig. 1 umfasst ein als Planetengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe mit einem Hohlrad 1, welches das Abtriebselement bildet, mit einem Planetenträger 2 mit einem Kettenrad zur Verbindung desselben mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mittels einer Rollen- oder Zahnkette, der das Antriebselement bildet, mit auf Lagerachsen 23 drehbar gelagerten Planetenrädern 3 und mit einem auf einer zentralen Welle 5 gelagerten Sonnenrad 4 als Stellelement. Über das Abtriebselement 1 wird eine Nockenwelle 21 im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angetrieben. Hierzu ist das Abtriebselement 1 mit der Nockenwelle 21 mittels einer Verschraubung drehfest verbunden.

[0021] Ein feststehendes Bauteil 6 der Brennkraftmaschine, das Teil deren Zylinderkopfes sein kann, trägt eine Gegenreibfläche 7, die mit einem mit einem Reibbelag 9 versehenen Belagträger 8 zusammenwirkt. Der Belagträger 8 ist auf der Welle 5 gegen die Kraft einer Feder 10, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Tellerfeder ausgebildet ist, drehfest angeordnet und axial bis gegen einen Anschlag 28 verschiebbar gelagert.

[0022] Die axiale Verschiebung des Belagträgers 8 wird durch einen Elektromagneten 11 bewirkt, der im Bauteil 6 fest angeordnet ist. Der auf der Welle 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.

[0023] Eine Druckscheibe 12 ist mittels eines Wälzlagers 19 drehbar auf einer drehfesten Muffe 17 gelagert, wobei die Muffe 17 durch die Kraft der Feder 10 auf der Welle 5 axial verschiebbar ist. Die Druckscheibe 12 greift mit diametral gegenüberliegend angeordneten Steuernocken 13 in kreisbogenförmige Ausnehmungen 15 des Antriebselements 2 ein. Die Erstreckung der Steuernocken 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.

[0024] Auf der dem Elektromagneten 11 zugewandten Stirnfläche des als Hohlrad ausgebildeten Abtriebselements 1 sind diametral gegenüberliegende Steuernasen 16 angeordnet, die ebenfalls in die Ausnehmungen 15 eingreifen. Die Ausnehmungen 15 weisen Endflächen 27 auf, die Anschläge für die Steuernasen 16 bilden, so dass das Abtriebselement 1 gegenüber dem Antriebselement 2 zwei Extremstellungen einnehmen kann, wenn die Steuernasen 16 an der einen oder der anderen Endfläche 27 der Ausnehmungen 15 anliegen. Diese Extremstellungen entsprechen dem maximalen Verstellwinkel des Abtriebselements 1 gegenüber dem Antriebselement 2 zwischen den Stellungen "spät" und "früh". Eine der Extremstellungen bildet gleichzeitig eine Notlaufposition.

[0025] Bei der Ausführungsform der Druckscheibe 12 gemäß Fig. 4 endet eine Nockenfläche 20 der Steuernocken 13 in einer als Verriegelungstasche 22 ausgebildeten Absenkung, die in der Verriegelungsposition jeweils einen Steuernocken 16 aufnimmt, so dass das Abtriebselement 1 und das Antriebselement 2 in der Notlaufposition formschlüssig miteinander gekuppelt sind.

[0026] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist die Absenkung am Ende der Nockenfläche 20 als Rampe 14 ausgebildet, die jeweils einen Steuernocken 16 in der Verriegelungsposition aufnimmt und ein Herausgleiten der Steuernocken 16 unter bestimmten Bedingungen ermöglicht.

[0027] Das Abtriebselement 1 und das Antriebselement 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 Hohlrades 1.

[0028] Die Wirkungsweise des Verstellsystems gemäß Fig. 1 ist folgende:

Solange der Elektromagnet 11 mit keiner elektrischen Spannung beaufschlagt ist oder die Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten 11 oder seine Steuerung ausgefallen sind, wird der Reibbelag 9 am Belagträger 8 durch die Feder 10 gegen die feststehende Gegenreibfläche 7 gepresst. Dreht sich dann das Antriebselement 2, so wird das Sonnenrad 4 auf der Welle 5 durch das Bremsmoment zwischen dem Reibbelag 9 und der Gegenreibfläche 7 festgehalten und die Nockenwelle 21 mit dem Antriebselement 2 gedreht, bis sich die Druckscheibe 12 unter dem Einfluss der Kraft der Feder 10 durch Verschieben der Muffe 17 axial verschieben kann und die Steuernasen 16 in die durch die Rampe 14 gebildete Absenkung oder die Verriegelungstasche 22 eingreifen. Durch die Axialbewegung der Druckscheibe 12 und der Muffe 17 wird die Vorspannung der Feder 10 vermindert und daraus folgt eine Reduzierung des Reibmoments zwischen der Gegenreibfläche 7 und dem Reibbelag 9, so dass bei der jetzt in der erreichten Notlaufposition laufenden Brennkraftmaschine eine verringerte Reibung und damit Abnutzung zwischen der Gegenreibfläche 7 und dem Reibbelag 9 auftritt.

[0029] Um wieder in den Normalbetrieb überzugehen, wenn der Elektromagnet 11 mit einer variablen Spannung beaufschlagt wird, ist es bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 erforderlich, die Druckscheibe 12 axial in Richtung des Belagträgers 8 gegen die Kraft der Feder 10 zu verschieben. Dies kann beispielsweise in einer Werkstatt durch einen Eingriff des Servicepersonals erfolgen, oder durch eine weitere Spule, die lediglich der Entriegelung dient.

[0030] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 genügt es, den Elektromagneten 11 mit einer ausreichend hohen Spannung zu beaufschlagen, um den Reibbelag 9 am Belagträger 8 von der Gegenreibfläche 7 vollständig abzuheben. Aufgrund des Widerstandsmoments der Nockenwelle 21 hat das Abtriebselement 1 das Bestreben, sich gegenüber dem Antriebselement 2 in eine Winkellage zu begeben, die zu der Rampe bzw. der Verriegelungstasche 22 entgegengesetzt ist. Dies bedeutet im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5, dass die Steuernasen 16 die Rampen 14 hinauf gleiten und sich auf der Nockenfläche 20 bis zum Endanschlag 27 in den Ausnehmungen 27 des Planetenträgers 2 bewegen können. Zwischenstellungen lassen sich dadurch einstellen, dass die an den Elektromagneten 11 angelegte Spannung vermindert wird, bis ein der jeweiligen Winkellage entsprechendes Reibmoment zwischen der Gegenreibfläche 7 und dem Reibbelag 9 am Belagträger 8 eingestellt ist, welches sich im Gleichgewicht mit dem bei laufender Brennkraftmaschine auftretenden Widerstandsmoment der Nockenwelle 21 befindet.

[0031] 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 Reibbelags 9 durch übermäßige Erwärmung verhindert wird. Umgekehrt wird die Axialbewegung des Belagträgers 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 Belagträger 8 vollständig von der Gegenreibfläche 7 abgehoben ist, so dass auch keine unerwünschte Reibung zwischen dem Belagträger 8 und dem Elektromagneten 11 auftreten kann. Der Belagträger 8 und die Feder 10 sind direkt auf der Welle 5 gelagert, ohne zusätzliche Abstützung am Elektromagneten 11, wodurch sich weitere Lager zwischen dem Elektromagneten 11 und der Welle 5 einsparen lassen.

[0032] Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 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 Belagträgers 8 angeordnet ist, welcher auf einer axialen Seite einen Reibbelag 9 und auf der gegenüber liegenden Seite einen Notlaufreibbelag 26 trägt.

[0033] Der Elektromagnet 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf der Seite der Gegenreibfläche 7 angeordnet und zieht den Belagträger 8 gegen die Kraft der Feder 10, die sich an einem Anschlag 25 auf dem Sonnenrad 4 abstützt, gegen die Gegenreibfläche 7. Auch in diesem Fall 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.

[0034] Ist der Elektromagnet 11 spannungslos, so drückt die Feder 10 den Belagträger 8 mit dem Notlaufreibbelag 26 gegen die feststehende Gegenreibfläche 24, so dass aufgrund des dadurch auftretenden Reibmoments die Notlaufposition 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 Gegenreibfläche 7 mehr oder weniger stark gepresst, wodurch, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, ein zum Verstellen des Phasenwinkels der Nockenwelle 21 auf den jeweiligen angestrebten Phasenwinkel abgestimmtes Reibmoment erzeugt wird und dieser Phasenwinkel gehalten wird. Die Extremstellungen des Abtriebselements 1 mit Bezug auf das Antriebselement 2 werden auch hier durch Ausnehmungen 15 im Antriebselement 2 und Steuernasen 16 auf dem Abtriebselement 1 bestimmt, während Zwischenstellungen durch das mittels des Elektromagneten 11 einstellbare Bremsmoment zwischen dem Reibbelag 9 am Belagträger 8 und der Gegenreibfläche 7 bestimmt werden.

[0035] Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 6 stimmen dahingehend überein, dass bei einem Ausfall der Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten 11 oder ihrer 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 Notlaufposition verstellt. Selbst wenn durch Abwürgen der Brennkraftmaschine zunächst noch eine Zwischenstellung der Nockenwelle 21 gegeben ist, wird beim Durchdrehen der Brennkraftmaschine durch den Startermotor in kurzer Zeit die Notlaufposition erreicht, und es ist ein temporärer Betrieb der Brennkraftmaschine in dieser Notlaufposition möglich.

[0036] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle Varianten der durch die Patentansprüche definierten Erfindung.

Ansprüche

1. 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 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 und ein Belagträger (8) der Einrichtung (7, 8, 9, 10, 11) axial verschiebbar und drehfest auf einer das Stellelement (4) tragenden Welle (5) angeordnet ist, sowie 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 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, wobei das Überlagerungsgetriebe (1, 2, 3, 4) als Planetengetriebe mit einem aus einem Hohlrad bestehenden Abtriebselement (1), mit einem aus einem Planetenträger bestehenden Antriebselement (2), mit Planetenrädem (3) und mit einem aus einem Sonnenrad bestehenden Stellelement (4) gebildet ist, wobei der Planetenträger (2) wenigstens eine, von einer Drehachse (5) radial beabstandete Ausnehmung (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Hohlrad (1) wenigstens eine axial hervorstehende, in die Ausnehmung (15) eingreifende Steuernase (16) aufweist, und wobei in Umfangsrichtung beabstandete Endflächen (27) der wenigstens einen Ausnehmung (15) Anschläge für die wenigstens eine Steuernase (16) bilden und die extremen Verstellpositionen der Nockenwelle (21) relativ zum Antriebselement (2) darstellen sowie auf der Welle (5) eine durch die Kraft der Feder (10) axial entgegensetzt zum Belagträger (8) verschiebbare Druckscheibe (12) drehbar gelagert ist, deren wenigstens einer Steuernocken (13) in die Ausnehmung (15) des Planetenträgers (2) eingreift und dadurch mit dem Planetenträger (2) drehfest aber axial verschiebbar gekuppelt ist, wobei ein umfangsbezogener Endbereich einer Nockenfläche (20) des Steuernocken (13), welcher der Notlaufposition entspricht, gegenüber der Nockenfläche (20) abgesenkt ausgebildet ist und die wenigstens eine Steuernase (16) am Hohlrad (1) in der Notlaufposition aufnimmt.

2. Verstellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesenkte Endbereich als Rampe (14) ausgebildet ist.

3. Verstellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesenkte Endbereich als Verriegelungstasche (22) ausgebildet ist.

4. Verstellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (11) derartig bezüglich des Belagträgers (8) und der Gegenreibfläche (7) angeordnet ist, dass im Normalbetrieb das zwischen dem Belagträger (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 Spannungsbeaufschlagung 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 Notlaufposition eingestellt wird.

5. Verstellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (11) derartig bezüglich des Belagträgers (8) und der Gegenreibfläche (7) angeordnet ist, dass im Normalbetrieb das zwischen dem Belagträger (8) und der auf einer Seite des Belagträgers (8) angeordneten Gegenreibfläche (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 Notlaufposition beim Ausfall der Spannungsbeaufschlagung des Elektromagnete (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.

Claims

1. Adjusting system for camshafts of an internal combustion engine with emergency running function, comprising a superposition gearing (1, 2, 3, 4) with a drive input element (2) driven by a crankshaft of the internal combustion engine, with a drive output element (1) which drives a camshaft (21) of the internal combustion engine, and with a positioning element (4) by means of which a relative rotation between the drive input element (2) and the drive output element (1) can be effected by means of a device (7, 8, 9, 10, 11) for imparting a braking torque, which is variable for normal operation, to the positioning element (4), wherein in the event of failure of the device (7, 8, 9, 10, 11) and/or of the control thereof, an emergency running position of the camshaft (21) can be attained and held by braking or arresting of the positioning element (4), and a pad carrier (8) of the device (7, 8, 9, 10, 11) is arranged in an axially displaceable and rotationally conjoint manner on a shaft (5) which bears the positioning element (4), and the braking torque for normal operation can be varied by means of a static electromagnet (11) which acts on the pad carrier (8) counter to the force of a spring (10) and contactlessly and which can have a variable voltage supplied to it, and, in the event of failure of the voltage supply to the electromagnet (11) and/or of the control thereof, the pad carrier (8) can be pressed by the force of the spring (10) against a static counterpart friction surface (7; 24) and thus the emergency running position can be set, wherein the superposition gearing (1, 2, 3, 4) is in the form of a planetary gear set with a drive output element (1) composed of an internal gear, with a drive input element (2) composed of a planet carrier, with planet gears (3) and with a positioning element (4) composed of a sun gear, wherein the planet carrier (2) has at least one recess (15) spaced apart radially from an axis of rotation (5), characterized in that
the internal gear (1) has at least one axially projecting control lug (16) which engages into the recess (15), and wherein end surfaces (27), which are spaced apart in a circumferential direction, of the at least one recess (15) form stops for the at least one control lug (16) and constitute the extreme adjustment positions of the camshaft (21) relative to the drive input element (2), and on the shaft (5) there is rotatably mounted a thrust washer (12) which can be displaced axially oppositely to the pad carrier (8) by the force of the spring (10), the at least one control cam (13) of which thrust washer engages into the recess (15) of the planet carrier (2) and is thereby coupled in a rotationally conjoint but axially displaceable manner to the planet carrier (2), wherein an end region in circumferential terms of a cam surface (20) of the control cam (13), which end region corresponds to the emergency running position, is formed so as to be lowered in relation to the cam surface (20) and receives the at least one control lug (16) on the internal gear (1) in the emergency running position.

2. Adjusting system according to Claim 1, characterized in that the lowered end region is in the form of a ramp (14).

3. Adjusting system according to Claim 1, characterized in that the lowered end region is in the form of a locking pocket (22).

4. Adjusting system according to Claim 1, characterized in that the electromagnet (11) is arranged relative to the pad carrier (8) and the counterpart friction surface (7) in such a way that, during normal operation, the braking torque generated between the pad carrier (8) and the counterpart friction surface (7) by the force of the spring (10) can be varied as far as zero by the supply of a variable voltage to the electromagnet (11) to the point of full lift-off of the pad carrier (8) from the counterpart friction surface (7), and in that, in the event of failure of the voltage supply to the electromagnet (11) and/or of the control thereof, the pad carrier (8) is pressed against the counterpart friction surface (7) by the force of the spring (10), and thus the emergency running position is set.

5. Adjusting system according to Claim 1, characterized in that the electromagnet (11) is arranged relative to the pad carrier (8) and the counterpart friction surface (7) in such a way that, during normal operation, the braking torque that acts between the pad carrier (8) and the counterpart friction surface (7) arranged on one side of the pad carrier (8) is generated by the supply of a variable voltage to the electromagnet (11) to the point of full abutment of the pad carrier (8) against the counterpart friction surface (7) counter to the force of the spring (10), and in that, in the event of failure of the voltage supply to the electromagnet (11) and/or of the control thereof, the braking torque for the emergency running position is generated by virtue of the pad carrier (8) being pressed by the force of the spring (10) against a static counterpart friction surface (24) arranged on the other side of the pad carrier (8).

Revendications

1. Système de réglage pour arbres à cames d'un moteur à combustion interne présentant une fonction d'urgence, comportant une transmission à superposition (1, 2, 3, 4) dotée d'un élément d'entraînement (2) entraîné par un vilebrequin du moteur à combustion interne, d'un élément de sortie (1) entraînant un arbre à cames (21) du moteur à combustion interne et d'un élément de réglage (4) par lequel une rotation relative entre l'élément d'entraînement (2) et l'élément de sortie (1) peut être provoquée au moyen d'un dispositif (7, 8, 9, 10, 11) pour appliquer sur l'élément de réglage (4) un moment de freinage pouvant être modifié pour le fonctionnement normal, une position d'urgence de l'arbre à cames (21) pouvant être atteinte et maintenue par freinage ou fixation de l'élément de réglage (4) en cas de panne du dispositif (7, 8, 9, 10, 11) et/ou de sa commande et un support de garniture (8) du dispositif (7, 8, 9, 10, 11) étant disposé de manière déplaçable axialement et de manière solidaire en rotation sur un arbre (5) portant l'élément de réglage (4), et le moment de freinage pour le fonctionnement normal pouvant être modifié au moyen d'un électroaimant (11) fixe agissant sur le support de garniture (8) sans contact et à l'encontre de la force d'un ressort (10) et pouvant être alimenté en différentes tensions, et le support de garniture (8), en cas de panne de l'alimentation en tension de l'électroaimant (11) et/ou de sa commande, pouvant être pressé contre une surface de friction conjuguée fixe (7 ; 24) par la force du ressort (10) et la position d'urgence pouvant de ce fait être réglée, la transmission à superposition (1, 2, 3, 4) étant formée en tant que transmission planétaire dotée d'un élément de sortie (1) constitué d'une couronne, d'un élément d'entraînement (2) constitué d'un porte-satellites, de roues planétaires (3) et d'un élément de réglage (4) constitué d'une roue solaire, le porte-satellites (2) comprenant au moins une cavité (15) espacée radialement d'un axe de rotation (5), caractérisé en ce que
la couronne (1) comprend au moins un ergot de commande (16) saillant axialement et venant en prise dans la cavité (15), et des surfaces d'extrémité (27), espacées dans la direction périphérique, de l'au moins une cavité (15) formant des butées pour l'au moins un ergot de commande (16) et représentant les positions de réglage extrêmes de l'arbre à cames (21) par rapport à l'élément d'entraînement (2), et un disque de pression (12) pouvant être déplacé axialement par la force du ressort (10) dans une direction opposée au support de garniture (8) étant monté à rotation sur l'arbre (5), au moins une came de commande (13) du disque de pression venant en prise dans la cavité (15) du porte-satellites (2) et étant de ce fait accouplée au porte-satellites (2) de manière solidaire en rotation mais déplaçable axialement, une région d'extrémité circonférentielle d'une surface de came (20) de la came de commande (13), qui correspond à la position d'urgence, étant réalisée de manière abaissée par rapport à la surface de came (20) et recevant l'au moins un ergot de commande (16) sur la couronne (1) dans la position d'urgence.

2. Système de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région d'extrémité abaissée est réalisée sous forme de rampe (14).

3. Système de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région d'extrémité abaissée est réalisée sous forme d'évidement de verrouillage (22).

4. Système de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électroaimant (11) est disposé par rapport au support de garniture (8) et à la surface de friction conjuguée (7) de telle sorte que, lors du fonctionnement normal, le moment de freinage provoqué entre le support de garniture (8) et la surface de friction conjuguée (7) par la force du ressort (10) peut être modifié jusqu'à zéro par l'alimentation de l'électroaimant (11) en une tension modifiable jusqu'à un soulèvement complet du support de garniture (8) de la surface de friction conjuguée (7), et en ce qu'en cas de panne de l'alimentation en tension de l'électroaimant (11) et/ou de sa commande, le support de garniture (8) est pressé contre la surface de friction conjuguée (7) par la force du ressort (10) et la position d'urgence est de ce fait réglée.

5. Système de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électroaimant (11) est disposé par rapport au support de garniture (8) et à la surface de friction conjuguée (7) de telle sorte que, lors du fonctionnement normal, le moment de freinage provoqué entre le support de garniture (8) et la surface de friction conjuguée (7) disposée d'un côté du support de garniture (8) est produit par l'alimentation de l'électroaimant (11) en une tension modifiable jusqu'à l'application complète du support de garniture (8) contre la surface de friction conjuguée (7) à l'encontre de la force du ressort (10), et en ce que le moment de freinage pour la position d'urgence en cas de panne de l'alimentation en tension de l'électroaimant (11) et/ou de sa commande est produit par pression du support de garniture (8) par la force de ressort (10) contre une surface de friction conjuguée fixe (24) disposée de l'autre côté du support de garniture (8).

Zeichnung