Die Erfindung betrifft eine Hysteresebremse mit einer Hystereseeinrichtung, insbesondere eine Ventilsteuer- vorrichtungs-Hysteresebremse einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Phasenlage einer Nockenwelle kann durch passive, d.h. antriebslose, Nockenwellensteller verändert werden. Es ist bekannt, hierzu berührungslos und verschließfrei arbeitende Hysteresebremsen einzusetzen. In einer derartigen Hysterese¬ bremse wird ein in einer Polstruktur eines Elektromagneten bewegte, magnetisch halbhartes Hystereseelement durch ständige Ummagnetisierung gebremst. Unter magnetisch halbhart ist zu verstehen, dass das Material eine ausgeprägte Hystereseschleife im Induktions-Magnetfeld- (B-H) -Diagramm aufweist .

Aus der Offenlegungsschrift DE 103 24 45 Al ist eine Hysteresebremse für eine Ventilsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine offenbart, die ein in Umfangsrichtung innerhalb eines Stators rotierendes Hystereseelements aufweist. Der Stator ist aus zwei konzentrisch angeordneten Statorteilen gebildet, welche einander gegenüberliegende Polzahnreihen aufweisen, wobei Polzähne des einen Statorteils jeweils in Lücken zwischen Polzähnen des anderen Statorteils weisen. Das Hystereseband rotiert zwischen den Polzahnreihen der beiden Statorteile und wird durch Ummagnetisierung gebremst. Ein Problem derartiger Hysteresebremsen ist deren Größe und ihr hohes Gewicht, was besonders bei üblicherweise sehr knappen Platzverhältnissen in Fahrzeugen ungünstig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hysterese¬ bremse anzugeben, welche bei verbessertem Moment kompakt baut, und die insbesondere als Ventilsteuervorrichtungs- Hysteresebremse geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Eine erfindungsgemäße Hysteresebremse, insbesondere eine Ventilsteuervorrichtungs-Hysteresebremse einer Brennkraftmaschine, umfasst eine Hystereseeinrichtung, die mindestens zwei in axialer und/oder radialer Richtung beabstandete Magnetfeldwirkungsbereiche aufweist . Ein Magnetfeldwirkungsbereich ist dabei ein von magnetischen Polen des Stators oder von Statorteilen mit magnetischem Fluss beaufschlagter bzw. von magnetischem Fluss durchfluteter Bereich der Hystereseeinrichtung. Durch eine derartige mehrfache Nutzung des magnetischen Flusses im Stator wird bei gleicher Baugröße verglichen mit einer konventionellen Hysteresebremse ein verbessertes Bremsmoment erzielt. Entsprechend ist durch die mehrfache Durchflutung der Hystereseeinrichtung im gleichen Magnetkreis alternativ eine Verringerung von Baugröße und Gewicht möglich, so dass bei gleichem Bremsmoment Baugröße und Gewicht verkleinerbar sind. Die Hystereseeinrichtung kann einteilig mit einem Hystereseelement oder auch mehrteilig mit mehreren Hystereseelementen ausgebildet sein. Der magnetische Fluss im Magnetkreis ist, unabhängig von der Zahl der sich darin befindlichen Hystereseelemente, bei gleicher Erregung, d.h. bei gleicher elektrischer Leistungsaufnahme einer Spule, die das Magnetfeld erzeugt, näherungsweise konstant oder steigt nur in geringem Maße an. Im gemeinsamen magnetischen Kreis des durch die elektrische Spule magnetisch erregten Stators können zwei oder mehr als Bänder oder Scheiben ausgebildete Hystereseelemente rotieren. Für jedes Hystereseelement ist vorzugsweise eine Polstruktur im Stator vorgesehen, welche jeweils einen Magnetfeldwirkungsbereich im Hystereseelement hervorruft. Der magnetische Fluss ist im Magnetkreis konstant und auf jedes rotierende Hystereseelement der Hysterese¬ einrichtung wird durch die erfolgende Ummagnetisierung ein Bremsmoment ausgeübt. Ein vergleichbarer Effekt tritt auf, wenn eine mehrfache magnetische Durchflutung nur eines als Band oder einer Scheibe ausgebildeten Hystereseelements vorgesehen ist.

Bevorzugt sind die Magnetfeldwirkungsbereiche jeweils durch die Polstruktur eines gemeinsamen, mehrteiligen Stators verursacht. Dies ermöglicht eine vorteilhaft kompakte Bau¬ weise. Eine elektrische Spule zur magnetischen Erregung des Stators bzw. des Hystereseelements kann platz sparend in den Stator integriert sein. Es können jedoch auch Anordnungen mit mehreren Statoren und Hystereseeinrichtungen denkbar sein. Der Stator kann aus konzentrisch angeordneten Statorteilen oder auch aus koaxial angeordneten Statorteilen aufgebaut sein.

Umfasst die Hystereseeinrichtung einen bandförmigen magnetischen Körper, kann eine magnetische Durchflutung der Hystereseeinrichtung in radialer Richtung oder auch in Umfangsrichtung erfolgen, abhängig von der verwendeten Polstruktur. Sind die Pole der Statorteile gegeneinander versetzt, ist die Durchflutung in Umfangsrichtung, stehen sie sich gegenüber, ist die Durchflutung radial ausgebildet.

Im allgemein bekannten Stand der Technik weist die Hystereseeinrichtung ein in Umfangsrichtung innerhalb des Stators rotierbares Band auf. Die Hystereseeinrichtung rotiert dabei um eine Rotationsachse, die auch die Symmetrieachse des Stators ist.

In einer ersten günstigen Ausgestaltung weist die Hysterese¬ einrichtung zwei in Bezug auf deren Rotationsachse axial versetzte, in Umfangsrichtung innerhalb des Stators rotierbare Bänder auf.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung weist die Hystereseeinrichtung zwei in Bezug auf deren Rotationsachse radial versetzte, in Umfangsrichtung innerhalb des Stators rotierbare Bänder auf.

Das Band ist oder die Bänder sind bezogen auf deren Rotationsachse in radialer Richtung magnetisch durchflutet.

Sind mehrere Bänder vorgesehen, können diese auf einem gemeinsamen rotierbaren Träger angeordnet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Bänder jeweils auf einem separaten Träger angeordnet sind.

In einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung umfasst die Hystereseeinrichtung einen scheibenförmigen magnetischen Körper. Dabei weist die Hystereseeinrichtung zumindest eine innerhalb des Stators rotierbare Scheibe auf.

In einer günstigen Weiterbildung weist die Hysterese¬ einrichtung zwei axial versetzte, innerhalb des Stators rotierbare Scheiben auf. Bei dieser Anordnung ist das mechanische Trägheitsmoment geringer als bei einer radialen Anordnung, ebenso ist die Ausnutzung des magnetischen Flusses verbessert und das Bremsmoment bei gleicher elektrischer Leistungsaufnahme verbessert.

Die Scheibe ist oder die Scheiben sind bezogen auf deren Rotationsachse vorzugsweise in Umfangsrichtung magnetisch durchflutet .

Die Anzahl der Hystereseelemente in der Hystereseeinrichtung in Form von Bändern oder Scheiben lässt sich auf drei oder auch beliebige Anzahlen erhöhen. Denkbar ist außerdem eine Kombination aller oder einzelner der beschriebenen Ausgestaltungen in einem einzigen Magnetkreis.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.

Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 a, b, c eine vereinfachte Darstellung eines Magnetkreises einer bevorzugten Hysteresebremse nach der Erfindung (a) und einer konventionellen Hysteresebremse (b und c) , sowie ein Detail einer Flusslinienverteilung der konventionellen Hysteresebremse,

Fig. 2 a, b eine bevorzugte Anordnung mit koaxial angeordneten Statorteilen (a) und eine Schnittdarstellung mit Durchflutung in Umfangsrichtung (b) ,

Fig. 3 a, b eine bevorzugte Anordnung mit konzentrisch angeordneten Statorteilen (a) und eine Schnittdarstellung mit radialer Durchflutung (b) ,

Fig. 4 a, b einen vereinfachte Darstellung eines Magnetkreises mit einer mehrteiligen Hysterese¬ einrichtung (a) und eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung mit axial beabstandeten topfförmigen Hystereseelementen (b) ,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung mit einer radialer Richtung durchfluteten mehrteiligen Hystereseeinrichtung mit axial beabstandeten Hystereseelementen,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung mit einer radialer Richtung durchfluteten mehrteiligen Hystereseeinrichtung mit radial beabstandeten Hystereseelementen, und

Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Hysteresebremse mit zwei in Umfangsrichtung durchfluteten Scheiben einer Hystereseeinrichtung.

In den Figuren sind im Wesentlichen gleich bleibende oder sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen beziffert.

Figur 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Magnetkreises einer bevorzugten Hysteresebremse nach der Erfindung (Figur Ia-) und einer konventionellen Hysterese¬ bremse (Figur Ib) , sowie eine Flusslinienverteilung des magnetischen Flusses. Bei der konventionellen Hysterese- bremse, wie sie aus der DE 103 24 45 Al bekannt ist, ist ein magnetisch halbhartes Material in Form einer als Band ausgebildeten Hystereseeinrichtung 25' in einem Magnetkreis zwischen zwei konzentrisch angeordneten Statorteilen 12', 13' angeordnet. Der Magnetkreis wird durch eine Spule 26' elektrisch erregt. Durch die jeweils gegeneinander versetzten Pole N, S der beiden Statorteile 12', 13' teilt sich der durch jeden Pol fließende magnetische Fluss in zwei Teile und muss auf dem Weg vom äußeren Statorteil 12' zum inneren Statorteil 13' das zwischen den Polen liegende Band in Umfangsrichtung tangential durchqueren. Dabei wird die Hystereseeinrichtung 25' entsprechend aufmagnetisiert, und es bildet sich im Wirkungsbereich der Pole in der Hysterese¬ einrichtung 25' ein Magnetwirkungsbereich aus. Die Hysterese¬ einrichtung 25' ist mit einer nicht dargestellten Nockenwelle verbunden, insbesondere über ein Stellgetriebe zum Verstellen einer Phasenlage der Nockenwelle gegenüber einer diese antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Zur Steuerung der Verstellung wird die Spule 26 entsprechend angesteuert, um ein gewünschtes Bremsmoment zu verursachen. Details hierzu sind nicht dargestellt, dem Fachmann jedoch geläufig.

Die Richtungen der beiden von einem einzigen Pol ausgehenden Teilflüsse sind im Idealfall um 180° verschieden (Figur Ic) . Dreht sich nun das Band weiter, wird z.B. bei einer Verdrehung um einen Zahn, beispielsweise vom Nordpol N zum Südpol S, der Polstruktur die eben noch durchflossene Stelle genau in die entgegengesetzte Richtung vom magnetischen Fluss durchsetzt. Hierdurch wird das Band in die entgegengesetzte Richtung magnetisiert. Die dabei verrichtete Arbeit entspricht der Fläche der Hystereseschleife in dem B-H- Diagramm und wird Ummagnetisierungsarbeit genannt. Die in den Figuren unterschiedlich ausgebildete Hysterese¬ einrichtung 25 ist mit demselben Bezugszeichen beziffert, zur Unterscheidung der einzelnen Ausführungsbeispiele jedoch zusätzlich mit einem angehängten Buchstaben gekennzeichnet.

Die in Figur Ia gezeigt bevorzugte Ausgestaltung zeigt einen Stator 10, der zweigeteilt angeordnet ist, und bei dem zwischen durch die Aufteilung entstandenen zwei Polstrukturen eine Hystereseeinrichtung 25a bewegbar ist, die als Scheibe oder als Band ausgebildet sein kann. Die Hystereseeinrichtung 25a ist in diesem Fall zweifach magnetisch durchflutet und bildet bezogen auf die in der Figur gezeigte obere und untere Polstruktur zwei voneinander beabstandete Magnetfeldwirkungs¬ bereiche 31, 32 aus. Die Magnetfeldwirkungsbereiche 31, 32 sind jeweils durch die Polstruktur 33 bzw. durch die Polstrukturen 33 eines gemeinsamen, mehrteiligen Stators 11 verursacht.

Figur 2 a, b zeigt eine bevorzugte Anordnung mit koaxial angeordneten Statorteilen 12, 13 (Figur 2a) und eine Schnitt- darstellung mit Durchflutung in Umfangsriehtung (Figur 2b) , wobei zwischen den bezüglich ihrer Polzähne versetzt angeordneten Statorteilen 12, 13 eine als Scheibe ausgebil¬ dete Hystereseeinrichtung 25b um eine Rotationsachse 30 rotiert. Im inneren Statorteil 13 ist eine Spule 26 zur magnetischen Erregung der Anordnung angeordnet. Als Statorteile 14, 15 sind massive Joche, magnetisch leitfähige Stäbe oder auch Blechpakete einsetzbar. Die als Scheibe ausgebildete Hystereseeinrichtung 25b wird vom magnetischen Fluss zweimal in verschiedenen Richtungen in Magnetfeld¬ wirkungsbereichen 31, 32 in Umfangsrichtung durchflutet. Die Durchflutung findet auf unterschiedlichen Radien der als Scheibe ausgebildeten Hystereseeinrichtung 25b statt. Infolge der doppelten Durchflutung wird der magnetische Fluss zweifach genutzt und die Bremswirkung erhöht . Die Hysteresebremse baut bei gleichem Bremsmoment kleiner.

Eine bevorzugte Ausbildung einer Hysteresebremse 10 mit konzentrisch angeordneten Statorteilen eines gemeinsamen Stators 11 ist in Figur 3 a, b als schematische Ansicht (Figur 3a) und als Schnittdarstellung dargestellt (Figur 3b) . Ein inneres und ein äußeres Statorteil 14, 15 sind konzentrisch zueinander angeordnet. Im inneren Statorteil 15 ist eine Spule 26 angeordnet. Zwischen den beiden, bezogen auf deren Polzahne in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Statorteilen 14, 15 rotiert ein als Band ausgebildetes Hystereseelement einer Hystereseeinrichtung 25c um eine Rotationsachse 30, wobei die Hystereseeinrichtung 25c einmal von außen nach innen und einmal von innen nach außen magnetisch radial durchflutet ist. In Richtung des Bandes besitzen die Statorteile 14, 15 die beschriebene Polstruktur. Denkbar ist auch eine Anordnung mit separaten, magnetischen Stäben oder vorzugsweise Blechpakete, welche massive Joche mit der Polstruktur 33 ersetzen können. Durch die doppelte Durchflutung wird der magnetische Fluss besser ausgenutzt. Möglich ist auch, das Band in zwei Bänder so aufzuteilen, dass in jeder Polstruktur 33 ein eigenes Band der Hysterese¬ einrichtung 25c rotiert. Die Hysteresebremse 10 baut bei gleichem Bremsmoment kleiner.

Figur 4 a, b zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Magnetkreises mit einer mehrteiligen Hystereseeinrichtung 25d (Figur 4a) und eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung mit bezogen auf die Rotationsachse 30 axial beabstandeten topfförmigen Hystereseelementen der Hystereseeinrichtung 25d (Figur 4b) . Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird bei einzelnen, nicht beschriebenen Elementen auf die vorstehenden Figurenbeschreibungen verwiesen und im Wesentlichen nur die Unterschiede näher eingegangen. Der magnetische Fluss kann besser ausgenutzt werden. Die Teile der mehrteiligen Hystereseeinrichtung 25d können an einem oder an mehreren Rotoren angeordnet sein. Die vorstehend beschriebene Polstruktur 33 bleibt erhalten. Der Stator 11 besteht aus zwei Statorteilen 16, 17, in die die oben beschriebene Postruktur 33 eingearbeitet ist. Die Hystereseelemente sind topfförmig ausgebildet, wobei deren Topfrand um die Rotationsachse 30 rotierende Bänder der Hystereseeinrichtung 25d mit entsprechenden, der mehrfachen, vor und hinter der Bildebene ausgebildeten Polstruktur 33 zugeordneten Magnetfeldwirkungsbereichen 31, 32 bilden. Vor und hinter der Bildebene ist ein Nordpol N mit jeweils einem Südpol S und ein Südpol S jeweils mit einem Nordpol N benachbart, was sich um die Rotationsachse 33, die auch die Symmetrieachse des Rotors bildet, fortsetzt, und bildet die entsprechende Polstruktur 33 aus. Die Hystereseeinrichtung 25d wird daher bei der Rotation bei einem Pol einmal von innen nach außen und beim nächsten Pol von außen nach innen radial durchflutet. Da beide Hystereseelemente auf dem gleichen Radius ummagnetisiert werden, erzeugen sie im Vergleich zueinander das gleiche Bremsmoment .

Figur 5 eine Schnittdarstellung mit einer radialer Richtung durchfluteten mehrteiligen Hystereseeinrichtung 25e mit bezogen auf eine Rotationsachse 30 axial beabstandeten Hystereseelementen. Ein inneres Statorteil 18 ist von einem entlang der Rotationsachse 30 kürzeren äußeren Statorteil 19 konzentrisch umgeben und bildet mit dem äußeren Statorteil 19 eine Polstruktur 33, welche zwei Magnetfeldwirkungsbereichen 31, 32 in der Hystereseeinrichtung 25e ausbilden. Die Hystereseeinrichtung 25e ist in form von zwei Bändern ausgebildet, die zwischen den Statorteilen 18, 19 um die Rotationsachse 30 rotieren. Da sie auf demselben Radius liegen, liefern beide ein gleiches Bremsmoment. Die beiden Bänder können an einem oder auch an getrennten rotierenden, nicht dargestellten Trägern angeordnet sein. Denkbar ist auch, beide Bänder der Hystereseeinrichtung 25e zu verbinden.

Figur 6 zeigt eine Schnittdarstellung mit einer radialer Richtung durchfluteten mehrteiligen Hystereseeinrichtung 25f mit radial beabstandeten, bandförmigen Hystereseelementen, die auf verschiedenen Radien um eine Rotationsachse 30 rotieren. Die beiden Hystereseelemente sind an einem rotierenden Träger 28 befestigt. Statorteile 20, 21 eines mehrteiligen Stators umgeben eine Spule 26. Der magnetische Fluss des mehrteiligen Stators wird in den Hystereseelementen doppelt genutzt. Es können auch mehr bandförmige Hystereseelemente vorgesehen sein, um den magnetischen Fluss stärker auszunutzen.

Eine weitere bevorzugten Hysteresebremse zeigt in Figur 7 als Schnittdarstellung mit einer in Umfangsrichtung durchfluteten Hystereseeinrichtung 25g, welche zwei bezüglich ihrer Rotationsachse 30 axial beabstandete Scheiben umfasst . Ein erstes Statorteil 23 ist topfartig ausgebildet und enthält eine Spule 26. Über die Topföffnung ist ein zweites, deckelartiges Statorteil 22 gestülpt, welches den dem Statorteil 22 zugewandten Rand des ersten Statorteils 21 ein kurzes Stück übergreift. In diesem Übergriffsbereich rotieren jeweils die Scheiben der Hystereseeinrichtung 25g. Der magnetische Fluss durchflutet die beiden Scheiben bezogen auf die Rotationsachse 30 in Umfangsrichtung und wird somit doppelt genutzt. Durch diese Anordnung ist das mechanische Trägheitsmoment geringer als bei einer radialen Anordnung. Ebenso ist die Ausnutzung der Hystereseeigenschaften der Hystereseeinrichtung 25g besser gestaltbar. Denkbar ist auch eine Anordnung, bei der die Hystereseeinrichtung 25g mehr als zwei Scheiben aufweist.