DE102008050824A1

DE102008050824A1 - Bremsvorrichtung für einen Elektromotor sowie deren Verwendung, insbesondere an einem Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102008050824A1
Application number: DE200810050824
Authority: DE
Inventors: Falko Arnold; Jens Schäfer; Martin Steigerwald
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2010-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für einen Elektromotor, insbesondere für einen Elektromotor für einen elektromechanischen Nockenwellenversteller zur Verstellung einer Stellwelle eines Dreiwellengetriebes. Zur Erreichung einer Basis- oder Notlaufposition der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors bei Ausfall der Steuerung des Elektromotors weist das Dreiwellengetriebe eine geeignete Standübersetzung auf, um bei gebremster Verstellwelle eine Verstellung der Nockenwelle in die Basis- oder Notlaufposition durch Drehen der Antriebswelle zu erreichen. Die Bremsvorrichtung umfasst ein erstes Bremselement (03) und ein zweites Bremselement (07), welche in einer Freilaufposition durch einen Luftspalt (19) getrennt sind und in einer Bremsposition reibschlüssig aneinander anliegen, von denen mindestens eines magnetisierbar ist. Das erste Bremselement (03) ist drehfest mit der Abtriebswelle (11) des Elektromotors (= Verstellwelle) und das zweite Bremselement (07) drehfest mit einem Gehäuse (14) des Elektromotors verbunden. Eine elektrisch betriebene Magnetspule (09) erzeugt bei Bestromung eine Magnetkraft, durch welche mindestens eines der Bremselemente (03, 07) zwischen der Bremsposition und der Freilaufposition verlagert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor unter Nutzung dieser Bremsvorrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung gemäß Anspruch 12. Daneben betrifft die Erfindung eine Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Das Gebiet der Erfindung erstreckt sich insbesondere jedoch nicht ausschließlich auf Nockenwellenversteller für Verbrennungsmotoren.
Um bei einem Verbrennungsmotor mit hydraulischem oder elektromechanischem Nockenwellenversteller einen sicheren Motorstart zu gewährleisten, muss sich die Nockenwelle in der so genannten Basisposition befinden. Diese liegt bei Einlassnockenwellen üblicherweise in der Stellung ”spät”, bei Auslassnockenwellen in der Stellung ”früh”. Im normalen Betrieb des Motors wird die Nockenwelle geregelt in die jeweilige Basisposition gefahren und dort fixiert oder verriegelt.
Herkömmliche, hydraulisch betätigte Rotationskolben-Nockenwellenverstell-Einheiten (Flügelzelle, Schwenk- und Segmentflügler) haben meist eine Verriegelungseinheit, welche den Nockenwellenversteller in seiner Basisposition fixiert, solange sich nicht genügend Öldruck zum Verstellen und Fixieren der Nockenwelle aufgebaut hat. Kommt es bei diesen Systemen zum Abwürgen des Verbrennungsmotors, kann sich die Nockenwelle in einer undefinierten Position außerhalb der Basisposition befinden. Die Nockenwelle wird bei Nockenwellenverstellern mit Basisposition in „spät” beim nächsten Start des Verbrennungsmotors und dem dabei fehlenden Öldruck, aufgrund des Nockenwellenreibmoments automatisch in die späte Basisposition verstellt. Ist die Basisposition in „früh”, muss bei fehlendem Öldruck mit konstruktiven Mitteln die Nockenwelle entgegen dem Reibmoment in die frühe Basisposition verstellt werden. Dies wird zumeist mit einer Ausgleichsfeder realisiert, die ein Moment erzeugt, welches etwa dem Nockenwellenreibmoment entspricht und diesem entgegen wirkt.
Bei elektromechanischen Nockenwellenverstellern, welche einen Elektromotor und ein Dreiwellengetriebe umfassen, erfolgt die Verstellung der Nockenwelle in deren Basis- bzw. Notlaufposition z. B. bei Abwürgen oder Abstellen des Verbrennungsmotors durch den Elektromotor. Bei Ausfall des Elektromotors und/oder seiner Steuerung befindet sich die Nockenwelle in einer undefinierten Position.
Aus DE 10 2004 033 522 A1 ist eine solche elektrische Verstellvorrichtung zum Verstellen der relativen Drehwinkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors bekannt, welche ein kurbelwellenfestes Antriebsteil und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil aufweist, wobei die Verstellvorrichtung einen Verstellmotor als primäre Verstellvorrichtung und einen Hilfsantrieb als sekundäre Verstellvorrichtung aufweist. Beim Ausfallen des Verstellmotors erfolgt die Verstellung der Nockenwelle in eine feste Drehwinkel lage, eine Notlaufposition, über den Hilfsantrieb, wobei der Hilfsantrieb als Bremse ausgeführt ist. Insbesondere ist ein Hilfsantrieb bekannt, welcher als eine im elektrischen Verstellmotor integrierte Bremse ausgeführt ist. Als mögliche Varianten dieser Bremse werden Kurzschlussbremswicklung, separate Wicklung, welche als Notlaufwicklung dienen kann, eine extern auf der Verstellwelle angeordnete Bremsscheibe, oder externe Band-, Scheiben- oder Backenbremsen genannt.
Aus WO 2004/007917 A1 ist eine elektrische Verstellvorrichtung für die Nockenwelle eines Verbrennungsmotors mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe bekannt, wobei die Verstellung der Nockenwelle in ihre Basis- bzw. Notlaufposition bei Ausfall des Verstellmotors oder dessen Stromversorgung durch bloßes Abbremsen der Verstellwelle bei rotierendem Verstellgetriebe erfolgt. Dieses gilt auch für den Fall eines abgewürgten Verbrennungsmotors, dessen Nockenwellenlage beim darauf folgenden Anlassvorgang korrigiert wird. Hierin umfasst das Verstellgetriebe eine mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbundene Antriebswelle, eine mit der Nockenwelle des Verbrennungsmotors verbundene Abtriebswelle und eine mit einem Verstellmotor verbundene Verstellwelle, wobei zwischen Antriebs- und Abtriebswelle bei stillstehender Verstellwelle eine Standgetriebeübersetzung i₀ vorliegt, welche die Getriebegattung (Minus- oder Plusgetriebe) und die Verstellrichtung für die Basis- oder Notlaufposition der Nockenwelle bestimmt. Aufgrund der Standgetriebeübersetzung i₀ ist durch Abbremsen, vorzugsweise durch Kurzschlussbremsung des Verstellmotors, die Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle erreich- und haltbar. Als Bremsvorrichtung wird eine Kurzschlussbremse beschrieben, welche mit einem Kurzschlussstrom des geschleppten Verstellmotors arbeitet.
In DE 102 20 687 A1 ist eine gattungsgemäße Verstellvorrichtung der in der WO 2004/007917 A1 beschriebenen Vorrichtung offenbart. Bei Ausfall des Verstellmotors und/oder seiner Steuerung ist die Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle auch hier durch Abbremsen bzw. Festsetzen der Verstellwelle und durch gleichzeitiges Drehen der Antriebswelle sowie durch geeignete Standge triebeübersetzung i₀ erreich- und haltbar, wobei das Abbremsen vorzugsweise anhand des Selbsthaltemoments des Verstellmotors erfolgt. Bei nicht ausreichendem Selbsthaltemoment eines Permanentmagnetverstellmotors oder bei fremderregten Gleichstrommotoren ohne Selbsthaltemoment dient ein zusätzliches Bremsmoment zur Festlegung der Verstellwelle. Dieses wird von einer zylinderkopffesten, bevorzugt mechanischen oder Wirbelstrombremse erzeugt. Die Bremsen werden in niedrigem Leerlauf des Verbrennungsmotors automatisch betätigt und bei arbeitendem Verstellmotor automatisch gelöst. Auf diese Weise werden die Nockenwellen vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors immer in ihre Basisposition verstellt. Sollte dies durch Abwürgen des Motors nicht möglich sein, wird es beim nächsten Anlassen nachgeholt.
In der gattungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen von Steuerzeiten einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors aus WO 2005/047659 A1 wird bei Ausfall des elektrischen Verstellmotors und/oder seiner Steuerung der als Permanentmagnet ausgebildete Rotor und damit auch die Verstellwelle des elektrischen Verstellmotors durch eine als Bremswicklung ausgebildete elektrische Bremse durch Selbstinduktion abgebremst. Damit ist aufgrund der Standgetriebeübersetzung i₀ die Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle erreich- und haltbar. Die elektrische Bremse ist vorteilhaft als zusätzliche Bremswicklung in Spulenform um mindestens einen Statorzahn oder das Joch ausgebildet, die von den Windungen der Verstellmotorphasen unabhängig ist.
Ausgehend von der WO 2005/047659 A1 besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte Bremsvorrichtung zu schaffen, welche bei Ausfall des elektrischen Verstellmotors eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers mit einem Dreiwellengetriebe die Verstellwelle bzw. die Abtriebswelle des elektrischen Verstellmotors zum Erreichen einer Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle abbremst.
Die genannte Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst, durch die Verwendung einer erfin dungsgemäßen Bremsvorrichtung in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller gemäß Anspruch 12 und durch einen elektromechanischen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung kommt insbesondere in elektromechanischen Nockenwellenverstellern von Verbrennungsmotoren zum Einsatz, welche einen Elektromotor und ein Dreiwellengetriebe umfassen. In solchen Nockenwellenverstellern erfolgt die Kopplung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über das Dreiwellengetriebe, welches eine mit der Kurbellwelle verbundene Antriebswelle, eine mit der Nockenwelle verbundene Abtriebswelle und eine mit dem Elektromotor verbundene Verstellwelle aufweist. Zwischen Antriebs- und Abtriebswelle liegt bei stillstehender Verstellwelle eine Standgetriebeübersetzung i₀ vor, welche die Getriebegattung (Minus- oder Plusgetriebe) und die Verstellrichtung für eine Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle bestimmt.
Der Stator des Elektromotors wird vorzugsweise fest mit dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors verbunden. Bei Ausfall des Elektromotors und/oder seiner Steuerung wird aufgrund der Standgetriebeübersetzung i₀ die Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle durch Abbremsen der Verstellwelle erreichbar und haltbar, wobei hier die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung als Notfallbremse zum Einsatz kommt.
Allgemein ist die Übersetzung eines Getriebes (bzw. einer Getriebestufe) mit zwei ineinander greifenden Antriebs- und Abtriebsrädern, welche mit einer Antriebswelle bzw. Abtriebswelle verbunden sind, wie folgt definiert:
mit:

n₁: = Drehzahl der Antriebswelle
n₂: = Drehzahl der Abtriebswelle
z₁: = Zähnezahl des Antriebsrades
z₂: = Zähnezahl des Abtriebsrades

Bei stillstehender Verstellwelle und drehender Kurbelwelle (Antriebswelle) wird die Abtriebswelle (Nockenwelle) relativ zur Antriebswelle mit der Übersetzung 1/i₀ verdreht. Dies lässt sich aus der nachfolgenden Drehzahl-Grundgleichung des Dreiwellengetriebes ableiten: nKW – nNWi0 – nVW(1 – i0) = 0mit:

n_NW: = Drehzahl der Abtriebswelle (Nockenwelle)
n_KW: = Drehzahl der Antriebswelle (Kurbelwelle bzw. Nockenwellenkettenrad)
n_VW: = Drehzahl der Verstellwelle

Je nach Wahl der Zähnezahlen kann die Standgetriebeübersetzung i₀ positiv (Plusgetriebe) oder negativ (Minusgetriebe) sein. Bei Plusgetrieben wird noch zwischen einer Standgetriebeübersetzung i₀ größer oder kleiner als eins unterschieden. Bei einem Minusgetriebe haben Antriebs- und Abtriebswelle entgegen gesetzte Drehrichtungen, während bei Plusgetrieben diese gleiche Drehrichtungen haben.
Bei Ausfall des Elektromotors oder auch Abwürgen des Verbrennungsmotors und nachfolgendem Notfallabbremsen der Verstellwelle d. h. bei stillstehender Verstellwelle des Nockenwellenverstellers und rechtsdrehendem Verbrennungsmotor gilt:
i₀ < 0 → Minusgetriebe → Verstellung in Richtung „spät”
0 < i₀ < 1 → Plusgetriebe → Verstellung in Richtung „früh”
1 < i₀ → Plusgetriebe → Verstellung in Richtung „spät”
Bei Minusgetrieben dreht sich die Abtriebswelle bzw. die Nockenwelle bei einer Drehzahl der Verstellwelle kleiner der Drehzahl der Antriebswelle in Richtung „spät”. Damit ist eine Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle in Richtung „spät” durch Abbremsen der Verstellwelle erreich- und haltbar.
Bei einem Plusgetriebe und einer Standgetriebeübersetzung i₀ größer als eins dreht sich die Antriebswelle bei einer Drehzahl der Verstellwelle kleiner der Drehzahl der Antriebswelle schneller als die Abtriebswelle und die Nockenwelle wird in Richtung „spät” verstellt d. h. durch Abbremsen der Verstellwelle ist eine Basis- bzw. Notlaufposition in Richtung „spät” erreich- und haltbar.
Bei Plusgetriebe und Standgetriebeübersetzung i₀ kleiner als eins dreht sich die Antriebswelle bei einer Drehzahl der Verstellwelle kleiner als die Drehzahl der Antriebswelle langsamer, als die Abtriebswelle und die Nockenwelle wird in Richtung „früh” verstellt d. h. durch Abbremsen der Verstellwelle ist eine Basis- bzw. Notlaufposition in Richtung „früh” erreich- und haltbar.
Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung für den Elektromotor umfasst ein erstes und ein zweites Bremselement, wobei mindestens eines davon magnetisierbar ist. Das erste Bremselement ist drehfest mit einer Abtriebswelle des Elektromotors (= Verstellwelle) verbunden, während das zweite Bremselement drehfest mit einem Gehäuse des Elektromotors verbunden ist. Die Bremselemente sind in einer Freilaufposition durch einen Luftspalt getrennt und in einer Bremsposition reibschlüssig aneinander anliegend.
Die Bremsvorrichtung umfasst eine elektrisch betriebene Magnetspule, welche vorzugsweise in oder an dem Gehäuse des Elektromotors und ortsfest gegenüber dem zweiten Bremselement positioniert ist. Die durch Bestromung der Magnetspule erzeugte Magnetkraft verlagert das magnetisierbare Bremselement zwischen der Bremsposition und der Freilaufposition. Es ist selbstverständlich unerheblich, ob nur eines oder beide Bremselemente magnetisierbar und verlagerbar sind.
Bei Bestromung der Magnetspule mit elektrischem Strom wird das magnetisierbare und verlagerbare Bremselement vorzugsweise angezogen und gegen das andere Bremselement gezogen. Je höher hierbei die Magnetkraft ist, desto höher ist das Bremsmoment zwischen den beiden Bremselementen.
Weitere Kombinationen und Konstruktionen magnetischer oder magnetisierbarer Bremselemente, welche sich je nach Stromfluss in der Magnetspule gegenseitig in ihrer relativen Lage zueinander beeinflussen, kann der Fachmann in einfacher Weise ableiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das magnetisierbare und verlagerbare Bremselement ein Federelement zur Vorspannung des Bremselementes (in verlagertem Zustand). Beim Abschalten der elektrischen Stromversorgung der Magnetspule wird durch die Vorspannung das magnetisierbare und verlagerbare Bremselement wieder in die Freilaufposition zurückgestellt. Es ist ebenso möglich, dass das Bremselement entgegen der Vorspannkraft durch Bestromung der Spule in der Freilaufposition gehalten wird und bei Abschalten der Spule das Bremselement durch die Vorspannkraft in die Bremsposition verlagert wird. Das Federelement kann entweder mit dem magnetisierbaren und verlagerbaren Bremselement verbunden oder in diesem integriert sein. Die dafür erforderliche Verbindung kann form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig erfolgen.
Das erste Bremselement kann unterschiedliche Ausführungsformen aufweisen z. B. kann es als Bremsscheibe ausgeführt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung weist das zweite Bremselement ein erstes und ein zweites Magnetgehäuse auf, wobei die Magnetspule zwischen den beiden Magnetgehäusen angeordnet ist und das Magnetgehäuse am Motorgehäuse befestigt ist. Das eigentliche Bremsen erfolgt durch Zusammenwirken des ersten Bremselements und des zweiten Magnetgehäuses, welche in der Freilaufposition durch einen definierten Luftspalt voneinander getrennt sind, während sie in der Bremsposition reibschlüssig aneinander anliegen. Es ist dabei unerheblich, ob nur das erste Bremselement, nur das zweite Magnetgehäuse oder auch beide Teile magnetisierbar und verlagerbar sind.
Beide Magnetgehäuse sind drehfest mit einem Gehäuse des Elektromotors verbunden, wobei die Magnetspule an dem ersten und/oder dem zweiten Magnetgehäuse durch eine form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung angebracht werden kann. Des Weiteren ist das Eindringen von Feuchtigkeit in die Bremsvorrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetgehäuse durch eine Abdichtung verhindert. Es können Dichtungen wie Dichtpaste, Papierdichtungen, Flachdichtungen etc. zum Einsatz kommen.
Das erste Bremselement ist in einer bevorzugten Ausführungsform magnetisierbar und in Axialrichtung verschiebbar an der Abtriebswelle des Elektromotors befestigt. Die Abtriebswelle des Elektromotors kann einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein. Bei zweiteiliger Ausführung kann die Abtriebswelle des Elektromotors eine Motorwelle und eine Magnetwelle umfassen, welche miteinander lösbar oder unlösbar verbunden sind.
Zum Erzielen einer höheren Bremswirkung durch Erhöhung der Reibungskräfte können die in der Bremsposition aneinander angreifenden Oberflächen des ersten Bremselements und/oder des zweiten Bremselements mit einem Bremsbelag versehen oder strukturiert ausgeführt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung weisen das erste oder/und das zweite Bremselement mindestens eine Reibscheibe auf. In der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung mit einem aus zwei Magnetgehäusen bestehenden zweiten Bremselement kann die Reibscheibe in den radialen Luftspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetgehäuse integriert werden, wobei diese aus einem nicht magnetisierbaren Material besteht. Alternativ kann die Reibscheibe auch in einer radial nach innen verschobenen Position in dem ersten Magnetgehäuse oder einer radial nach außen verschobenen Position in dem zweiten Magnetgehäuse integriert werden. In diesem Falle kann die Reibscheibe auch aus magnetisierbarem Material bestehen.
Die Reibscheibe kann in einer abgewandelten Ausführungsform im ersten Bremselement integriert sein. Des Weiteren können auch mehr als eine Reibscheibe in dem ersten und/oder dem zweiten Bremselement integriert werden.
Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit können das erste und/oder das zweite Bremselement wärmebehandelt (gehärtet, nitriert etc.) oder beschichtet ausgeführt werden.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung alternativ als Nasslaufbremse ausgeführt wird, was den Vorteil einer besseren Wärmeabfuhr im Bremsfall bietet. Allerdings ist diese Variante mit mehr Aufwand und damit höheren Kosten verbunden.
Die Magnetspule der Bremsvorrichtung wird mit elektrischem Strom beaufschlagt, um eine Bremswirkung zu erzielen, das heißt, die Bremselemente von der Freilaufposition in die Bremsposition zu verlagern. Dies hat den Vorteil, dass im Normalbetrieb des elektromechanischen Nockenwellenverstellers (kein Ausfall des Elektromotors oder Abwürgen des Verbrennungsmotors) keine elektrische Energie zum Halten der Freilaufposition benötigt wird. Die Magnetspule muss nur im Notfall bestromt werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Magnetspule der Bremsvorrichtung mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, um die Bremselemente von der Bremsposition in die Freilaufposition zu verlagern. In diesem Fall ist eine Verstellung der Nockenwelle in die Basis- bzw. Notlaufposition auch beim Ausfall des Elektromotors oder der elektrischen Stromversorgung der Bremsvorrichtung garantiert, ist aber mit Verbrauch elektrischer Energie und eventuell mit Einschränkungen beim Ausfall der Bremsvorrichtung im Normalbetrieb des elektrischen Nockenwellenverstellers verbunden.
Die Bremsvorrichtung kann vorteilhafterweise auch im Normalbetrieb des elektromechanischen Nockenwellenverstellers zusätzlich zum Elektromotor beim Verstellen der Nockenwelle in deren Basisposition verwendet werden, um die Verstellgeschwindigkeit in diese Richtung zu erhöhen. Alternativ kann auch beim Verstellen in die Basisposition nur die Bremsvorrichtung zum Einsatz kommen.
Die Bremsleistung der Bremsvorrichtung ist wie folgt definiert: P = MBremsωNW mit:

M_Brems: = Bremsmoment
ω_NW: = Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle

Damit ist die Bremsleistung der Bremsvorrichtung bei hohen Drehzahlen der Nockenwelle sehr hoch, was die Entstehung von sehr viel Wärme in der Bremsvorrichtung verursacht, welche abgeführt werden muss.
Dazu kann die Bremsvorrichtung getaktet bezüglich einer maximal zulässigen Bremsleistung angesteuert werden.
Alternativ kann die Bremsvorrichtung auch so betrieben werden, dass die Nockenwelle in deren Brems- bzw. Notlaufposition verstellt wird und anschließend die Bremselemente in die Freilaufposition verlagert werden. Eine erneute Betätigung erfolgt erst, wenn sich die Nockenwelle um einen definierten Drehwinkel, beispielsweise um 10°, von deren Basis- bzw. Notlaufposition entfernt hat.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Bremsvorrichtung für einen Elektromotor;
2 eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Bremsvorrichtung für einen Elektromotor.
1 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Bremsvorrichtung für einen Elektromotor. Ein erstes Bremselement ist eine mit einem Federelement 01 verbundene Bremsscheibe 03. Das Federelement 01 gestattet eine Bewegung bzw. reversible Verformung der Bremsscheibe 03 in axialer Richtung.
Ein erstes Magnetgehäuse 05 und ein zweites Magnetgehäuse 07 sind motorfest angeordnet. Eine Magnetspule 09 ist zwischen dem ersten Magnetgehäuse 05 und dem zweiten Magnetgehäuse 07 angeordnet. Ein zweites Bremselement wird durch das zweite Magnetgehäuse 07 gebildet, welches axial gegenüberliegend der Bremsscheibe 03 angeordnet ist.
Das Federelement 01 ist mittels einer Mutter 10 mit einer Abtriebswelle 11 des Elektromotors verbunden. Die Bremsscheibe 03 ist mittels vernieteter Zapfen 13 mit dem Federelement 01 verbunden und rotiert im Normalbetrieb mit der Abtriebswelle 11 des Elektromotors. Der Fachmann kann auch andere Verbindungen auswählen.
Das erste und das zweite Magnetgehäuse 05, 07 sind stehend mit einem Gehäuse 14 des Elektromotors verbunden. Um ein Verdrehen der Magnetspule 09 zu verhindern ist diese formschlüssig über einen in das Magnetgehäuse 05 eingepressten Stift 17 mit diesem verbunden.
Die Bremsscheibe 03 sowie das erste und das zweite Magnetgehäuse 05, 07 bestehen aus einem magnetisierbaren Material, wobei bei stromloser Magnetspule 09 zwischen der Bremsscheibe 03 und dem zweiten Magnetgehäuse 07 ein definierter Luftspalt 19 vorliegt.
Die Bremsvorrichtung befindet sich zunächst in einer Freilaufposition (wie dargestellt) und es wirkt kein Bremsmoment. Bei Bestromung der Magnetspule 09 mit elektrischem Strom wird die Bremsscheibe 03 in Richtung der Magnetgehäuse 05, 07 angezogen und gegen das zweite Magnetgehäuse 07 gedrückt. Dabei berühren sich deren Oberflächen 20, 21. Je höher die Magnetkraft ist, mit welcher die Bremsscheibe 03 angezogen wird, desto höher ist das Bremsmoment, welches zwischen der Bremsscheibe 03 und dem zweiten Magnetgehäuse 07 wirkt.
Um ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Elektromotor und/oder die Bremsvorrichtung zu verhindern, ist zwischen dem Elektromotor und der Bremsvorrichtung eine Dichtung 22 vorgesehen. Diese ist bei der dargestellten Ausführungsform als O-Ring ausgeführt. Die Abdichtung zwischen den beiden Magnetgehäusen 05, 07 ist beispielsweise durch Klebung oder Presspassung realisiert, ein O-Ring könnte hier ebenfalls verwendet werden. Dem Fachmann sind konstruktive Maßnahmen zur Gehäuseabdichtung geläufig, sodass auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden kann. Ein Kabel- bzw. Steckerabgang für die elektrische Stromversorgung (nicht dargestellt) ist vorzugsweise ebenfalls abgedichtet.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Bremsvorrichtung für einen Elektromotor dargestellt, wobei diese prinzipiell den zuvor beschriebenen Aufbau und Funktionsweise aufweist. Im Unterschied zur zuvor beschriebenen Lösung umfasst die Bremsvorrichtung eine Reibscheibe 23 zur Erhöhung des Reibmoments (μ = 0,2 ... 0,6) und damit der Bremswirkung. Die Reibscheibe 23 ist in den radialen Liftspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetgehäuse 05, 07 integriert. Dieses setzt voraus, dass die Reibscheibe 23 aus nicht magnetisierbarem Material besteht, da es sonst zum magnetischen Kurzschluss zwischen den beiden Magnetgehäusen 05, 07 kommen kann, was die Wirkung der Bremsvorrichtung verringert oder aufhebt.

01: Federelement
03: Bremsscheibe
05: Magnetgehäuse
07: Magnetgehäuse
09: Magnetspule
10: Mutter
11: Abtriebswelle
13: Zapfen
14: Gehäuse
17: Stift
19: Luftspalt
20: Oberfläche
21: Oberfläche
22: Dichtung
23: Reibscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004033522 A1 [0006]
- WO 2004/007917 A1 [0007, 0008]
- DE 10220687 A1 [0008]
- WO 2005/047659 A1 [0009, 0010]

Claims

Notfallbremse einer Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors mit einem ersten Bremselement (03) und einem zweiten Bremselement (07), welche in einer Freilaufposition durch einen Luftspalt (19) getrennt sind und in einer Bremsposition mit ihren Oberflächen (20, 21) reibschlüssig aneinander anliegen, von denen mindestens eines magnetisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (03) mit der Abtriebswelle (11) des Elektromotors und das zweite Bremselement (07) mit einem Gehäuse (14) des Elektromotors verbunden ist, und dass eine elektrisch betriebene Magnetspule (09) vorgesehen ist, wobei durch die durch Bestromung der Magnetspule (09) erzeugte Magnetkraft mindestens eines der Bremselemente (03, 07) zwischen der Freilaufposition und der Bremsposition verlagert wird.
Notfallbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (09) im Gehäuse (14) des Elektromotors relativ zum zweiten Bremselement (07) fixiert angeordnet ist.
Notfallbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement als Bremsscheibe (03) ausgeführt ist.
Notfallbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (03) in Axialrichtung verschiebbar und/oder reversibel verformbar an der Abtriebswelle (11) des Elektromotors befestigt ist.
Notfallbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare Bremselement (03) ein Federelement (01) umfasst, welches in axialer Richtung vorgespannt ist, wobei durch dessen Vorspannungskraft das magnetisierbare Bremselement verlagerbar ist.
Notfallbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Bremsposition aneinander angreifenden Oberflächen (20, 21) des ersten Bremselements (03) und/oder des zweiten Bremselementes (07) mit einem Bremsbelag versehen sind.
Notfallbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bremsposition aneinander angreifende Oberflächen (20, 21) des ersten Bremselements und/oder des zweiten Bremselements strukturiert ausgeführt sind.
Notfallbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Reibscheibe (23) als Bestandteil des ersten Bremselementes (03) oder/und des zweiten Bremselementes (07) umfasst.
Notfallbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Bestromen der Magnetspule (09) erzeugte Magnetkraft das magnetisierbare Bremselement (03) von der Freilaufposition in die Bremsposition verlagert.
Notfallbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare Bremselement (03) durch ein Federelement in der Bremsposition gehalten wird und dass die durch Bestromen der Magnetspule (09) erzeugte Magnetkraft das magnetisierbare Bremselement (03) in die Freilaufposition verlagert.
Notfallbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bremselement als eine erste Magnetgehäusehälfte (07) ausgeführt ist und mit einem zweiten mit dem Gehäuse (14) des Elektromotors verbunden Magnetgehäusehälfte (05) verbunden ist, wobei die Magnetspule (09) zwischen den beiden Magnetgehäusehälften (07, 09) angeordnet ist.
Notfallbremse nach einem der vorliegenden Ansprüche mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe mit einer, eine Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle bestimmenden Standgetriebeübersetzung i₀, wobei das Dreiwellengetriebe eine mit einer Kurbellwelle verbundene Antriebswelle, eine mit der Nockenwelle verbundene Abtriebswelle und eine mit einem Elektromotor verbundene Verstellwelle aufweist, wobei bei Ausfall des Elektromotors und/oder seiner Steuerung die Verstellwelle durch die elektrische Bremsvorrichtung bremsbar ist, womit aufgrund der Standgetriebeübersetzung i₀ die Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle erreich- und haltbar ist.