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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil, insbesondere zum Schalten eines Stellkolbens einer Exzenter-Verstelleinrichtung in einem Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung eines Kraftfahrzeugs sowie ein Pleuel mit einem solchen Hydraulikventil.
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Stand der Technik
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Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes „Klopfen“ der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen“ auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuelstangenlänge bekannt, welche mit Hilfe von hydraulischen Umschaltventilen eine Exzenter-Verstelleinrichtung eines Pleuels betätigen.
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Ein gattungsgemäßes Pleuel ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 107 127 A1 bekannt. In dem Pleuel ist ein Hydraulikventil vorgesehen, welches einen hydraulischen Versorgungsanschluss aufweist. An diesem Versorgungsanschluss liegt ein hydraulischer Druck an. Dieser hydraulische Druck verschiebt einen Hydraulikkolben des Hydraulikventils gegen die Kraft einer
vorgespannten Feder. Der Hydraulikkolben verbleibt in einem niedrigen Druckbereich
des Versorgungsanschlusses infolge der Vorspannung der Feder unverändert in einer stabilen Niederdrucklage.
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In dieser stabilen Niederdrucklage ist der Versorgungsanschluss hydraulisch mit der ersten Verdrängerkammer verbunden. Damit entleert sich die erste Verdrängerkammer stoßweise immer dann zum Versorgungsanschluss hin, wenn deren Verdrängerkammerdruck bedingt durch Gas- oder Massenkräfte am Pleuel bzw. Exzenter größer ist als der Druck am Versorgungsanschluss.
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Der Hydraulikkolben weist eine Kolbenfläche auf. Liegt an dieser Kolbenfläche ein vom Versorgungsanschluss kommender Druck an, der in einem hohen Druckbereich liegt, so kommt der Hydraulikkolben zum Anliegen an einem Anschlag. In dieser stabilen Hochdrucklage ist der Versorgungsanschluss mit der zweiten Verdrängerkammer verbunden. Damit entleert sich die zweite Verdrängerkammer stoßweise immer dann zum Versorgungsanschluss hin, wenn deren Verdrängerkammerdruck bedingt durch Gas- oder Massenkräfte am Pleuel. bzw. am Exzenter größer ist als der Druck am Versorgungsanschluss.
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Beim Verstellen wird also nicht die Verdrängerkammer über den relativ schwachen Druck des Versorgungsanschlusses befüllt. Stattdessen werden die Verdrängerkammern über die hohen Kräfte am Pleuel gegen den relativ niedrigen Druck am Versorgungsanschluss entleert. Über in den Verdrängerkammern angeordneten Kolben wird ein Exzenterhebel betrieben, der wiederum über den Exzenter eine effektive Pleuellänge verstellt und so die variable Verdichtung der Brennkraftmaschine steuert.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hydraulikventil zum Steuern eines Hydraulikfluids zu schaffen, welches eine große Zuverlässigkeit sowie eine hohe Lebensdauer aufweist.
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Eine weitere Aufgabe ist es, ein Pleuel mit einem solchen Hydraulikventil zu schaffen, welches eine große Zuverlässigkeit sowie e ine hohe Lebensdauer aufweist.
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Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Hydraulikventil zum Betrieb mit einem Hydraulikfluid vorgeschlagen, insbesondere zum Schalten eines Stellkolbens in einem Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung, welches ein Ventilgehäuse umfasst, das einen ersten Arbeitsanschluss und einen zweiten Arbeitsanschluss sowie einen Versorgungsanschluss aufweist, der mit einem hydraulischen Druck des Hydraulikfluids beaufschlagbar ist, wodurch ein in dem Ventilgehäuse angeordneter beweglicher Kolben gegen die Kraft einer vorgespannten Feder verschiebbar ist. Dabei ist der Kolben wahlweise in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung arretierbar, wobei zur Arretierung ein mit einer Federkraft beaufschlagtes Kugelelement vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit vom hydraulischen Druck in Vertiefungen eines Rastbolzens einrastbar ist.
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Das Hydraulikventil weist ein buchsenförmiges Ventilgehäuse auf, welches außen drei axial beabstandet zueinander angeordnete Ringnuten aufweist. Der mittleren Ringnut ist der Versorgungsanschluss zugeordnet, der mit einem hydraulischen Druck des Hydraulikfluids beaufschlagt ist. Dadurch ist ein in dem Ventilgehäuse angeordneter beweglicher Kolben, welcher als Stufenkolben ausgebildet ist, gegen die Kraft der vorgespannten Feder verschiebbar. Die beiden äußeren Ringnuten und stellen die Arbeitsanschlüsse dar.
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Der Kolben ist wahlweise in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung arretierbar, wobei zur Arretierung ein mit einer Federkraft beaufschlagtes Kugelelement vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit vom hydraulischen Druck in Vertiefungen eines Rastbolzens einrastb ar ist. Das Kugelelement ist in einem Kugelhalter angeordnet, welcher axial versc hiebbar auf dem Rastbolzen angeordnet ist.
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Das mit einer Federkraft beaufschlagte Kugelelement hält den Kolben in Position und bei normalem Öldruck ist kein Schalten in die andere Position möglich. Befindet sich der Kolben in der ersten Schaltstellung kommt es erst zu einem Schaltvorgang, wenn eine Druckschwelle überschritten wird. Umgekehrt kann der Kolben erst wieder zurückschalten, wenn eine zweite Druckschwelle unterschritten wird. So kann ein bistabiles Verhalten des Hydraulikventils realisiert werden, da der Kolben in den zwei Schaltpositionen arretierbar ist. Übersteigt der hydraulische Druck auf den Kolben das Haltemoment und das Reibmoment des Kugelelements in einer axialen Richtung, wird das Hydraulikventil von einem Schaltzustand in den anderen Schaltzustand geschaltet.
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Vorteilhaft können so mehr Stellmöglichkeiten als bei einem herkömmlichen Hydraulikventil ausgenutzt werden, um Schaltpunkte des hydraulischen Drucks einzustellen. Spreizungen der Schaltpunkte können so besser eingestellt werden. Ein solches Hydraulikventil ist auch sehr stabil gegen Schwankungen des Hydraulikdrucks. Das erfindungsgemäße Hydraulikventil stellt geringere Anforderungen bezüglich Fertigungstoleranzen im Vergleich zu herkömmlichen Hydraulikventilen. Das
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kugelelement in einem Kugelhalter angeordnet vorgesehen sein, welcher axial verschiebbar auf dem Rastbolzen angeordnet ist. Der Rastbolzen kann dazu vorteilhaft mehrere axiale Positionen aufweisen, welche den einzelnen Schaltstellungen entsprechen. Der Kugelhalter mit dem Kugelelement kann so von einer Schaltposition zur anderen verschoben und dort mit Hilfe des Kugelelements arretiert werden. Das Kugelelement kann durch den Kugelhalter nur vorgegebene Bewegungen ausführen, so dass ein bistabiles Schaltverhalten günstig zu realisieren ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kugelelement mittels eines als Blattfeder ausgebildeten Federelements mit einer radial wirkenden Federkraft beaufschlagt vorgesehen sein. Werden die Positionen, in denen der Kolben mittels des Kugelelements arretierbar ist, als Rastpositionen auf dem Rastbolzen ausgebildet, so lässt sich eine Verrastung über das mit d er auf das Kugelelement radial wirkenden Federkraft der Blattfeder zweckmäßig um setzen. Durch eine geeignete Wahl der Federkraftkonstante der Blattfeder kann ein gewünschtes Schaltverhalten des Hydraulikventils erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Federelement in einer wenigstens teilweise in der Mantelfläche des Kugelhalters angeordneten Nut angeordnet sein. Durch die Anordnung des Federelements in einer Nut, welche in der Mantelfläche des Kugelhalters angebracht ist, kann eine einfache und zuverlässige Montage des Federelements umgesetzt werden. Auf diese Weise lässt sich das Federelement günstig fixieren und bauraumtechnisch in einer kompakten Bauform unterbringen. Auch bei größeren Kräften auf das Federelement ist es durch eine solche Anordnung zweckmäßig gehalten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Federelement als ringförmige Manschette ausgebildet sein. Ein ringförmiges Blattfederelement übt auf günstige Art und Weise eine radiale gerichtete Anpresskraft auf das Kugelelement aus. Das Federelement umschließt dabei den Nutgrund im Kugelhalter auf einer radialen Außenseite des Kugelelements wenigstens teilweise, wobei die Nut umlaufend in Umlaufrichtung in dem Kugelhalter angeordnet ist. Dadurch ist sowohl die Montage als auch der Betrieb auf sehr zuverlässige Weise zu beherrschen. Das Kugelelement kann so vorteilhaft gehalten werden, ohne ein unerwünschtes Herausspringen des Kugelelements aus seiner Aufnahme zu riskieren.
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Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung kann das Federelement als sich in axialer Richtung des Kugelhalters auf der radialen Außenseite des Kugelelements erstreckendes Band ausgebildet sein. Auch ein flach sich erstreckendes Federelement, das auf der Außenseite des Kugelhalters angeordnet ist, kann auf günstige Weise eine radial gerichtete Kraft auf das Kugelelement ausrichten. Das Federelement ist dabei in einer Nut in axialer Richtung angeordnet. Ein solches Federelement lässt sich auch günstig montieren, da es zur Montage nicht aufgebogen werden muss. Auch können so größere Federkräfte realisiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Federelement mittels diametral angeordneter Stege des Federelements, w elche in schlitzförmige Ausnehmungen des Kugelhalters eingreifen, in dem Kugelhalter anordenbar sein. Über solche Stege kann das Federelement günstig auf dem Kugelhalter positioniert und gehalten werden. Zur Kraftaufbringung auf das Kugelelement lassen sich die Stege geeignet ausbilden, so dass die Stege in dem Kugelhalter fest fixiert sind. Dadurch lassen sich auch größere Kräfte auf das Kugelelement aufbringen. Das Federelement kann so auch unverlierbar auf dem Kugelhalter angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kugelelement in der ersten Schaltstellung in einer ersten Rastposition der Schaltkulisse und in der zweiten Schaltstellung in einer zweiten Rastposition verrastbar sein. Durch eine entsprechend tief ausgebildete Vertiefung auf dem Rastbolzen lassen sich Rastpositionen für das Kugelelement ausbilden, in denen das mittels des Federelements radial nach innen gedrückte Kugelelement jeweils verrasten kann. Auf diese Weise ist der Kugelhalter mit Kolben auf einfache Weise in einer ersten oder zweiten Rastposition auf dem Rastbolzen arretiert und kann erst bei Überschreiten einer entsprechenden Druckschwelle in die zweite oder erste Rastposition verschoben werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die erste Schaltstellung und die zweite Schaltstellung jeweils als in einem Druckbereich stabile Lagen des Kolbens ausgebildet sind. Die erste und die zweite Schaltstellung zeichnen sich dadurch aus, dass erst bei Überschreiten einer durch die mechanische Auslegung von Rastpositionen und Federkonstanten des Federelements vorgegebenen Druckschwelle jeweils in die nächste Schaltposition geschaltet werden kann. Zurück geschaltet kann auch nur mit einer gewissen Hysterese bei Unterschreiten einer weiteren Druckschwelle werden. Dadurch bleiben die Schaltstellungen jeweils über einen gewissen Druckbereich als stabile Lage eingehalten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Kolben durch einen Druckanstieg oder Druckabfall des Hydraulikfluids aus einer der beiden Schaltstellungen lösbar sein. Übersteigt der Druck des Hydraulikfluids eine vorgegebene Schwelle kann die Kraft des Hydraulikfluids auf den Kolben die Kraft des Federelements auf das Kugelelement und so das Haltemoment sowie das Reibmo ment des Kugelelements überwinden und dadurch ein Lösen des Kugelelements aus der jeweiligen Rastposition und damit des Kolbens aus einer der beiden Schaltstellungen bewirken.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können eine erste Druckschwelle und eine zweite Druckschwelle des Hydraulikfluids so einstellbar sein, dass der Kolben aus der ersten Rastposition in die zweite Rastposition überführbar ist, wenn der Druck des Hydraulikfluids größer als die zweite Druckschwelle ist und/oder der Kolben aus der zweiten Rastposition in die erste Rastposition überführbar ist, wenn der Druck des Hydraulikfluids kleiner als die erste Druckschwelle ist. Durch eine solche Ausgestaltung des Hydraulikventils kann ein Schalten des Hydraulikventils mit einem gewissen Hystereseverhalten bewirkt werden und damit eine stabile Lage der beiden Schaltpositionen erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die erste Druckschwelle einem Druck von null bar entsprechen. Günstigerweise können die mechanische Ausgestaltung der Rastpositionen sowie der Federkonstanten des Federelements so gewählt werden, dass die erste Druckschwelle bei null bar liegt. Dadurch ist es möglich, dass das Hydraulikventil von der zweiten Schaltposition in die erste Schaltposition erst zurückschaltet, wenn der Hydraulikdruck auf null bar abfällt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die erste und/oder die zweite Druckschwelle mittels wenigstens einem zwischen der Feder und einer Abstützung der Feder auf dem Kolben angeordneten Distanzelement einstellbar sein. Mit Hilfe des Distanzelements können auch Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Günstigerweise ist dadurch auch eine Einstellung der Druckschwellen in Form einer Kalibration des Schaltverhaltens des Hydraulikventils möglich. Diese Einstellung kann auch im Nachhinein wieder jederzeit verändert werden, um das Hydraulikventil an geänderte Randbedingungen anzugleichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in der ersten Schaltstellung der erste Arbeitsanschluss zu dem Versorgungsanschluss geöffnet sein und der zweite Arbeitsanschluss zu dem Versorgungsanschluss geschlossen sein, während in der zweiten Schaltstellung der zweite Arbeits anschluss zu dem Versorgungsanschluss geöffnet sein kann und der erste Arbeits anschluss zu dem Versorgungsanschluss geschlossen sein kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass jeweils nur ein Arbeitsanschluss geöffnet ist und kein Zwischenzustand des mit dem Hydraulikventil geschalteten Elements, beispielsweise dem Steuerkolben eines Pleuels für eine variable Verdichtung, sich einstellen kann. Die zwei Schaltstellungen dienen zur Ansteuerung des Pleuels für die Verstellung der Verdichtung der Brennkraftmaschine in Bezug auf Gaskräfte oder mechanische Kräfte.
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Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Pleuel mit einem derartigen Hydraulikventil, insbesondere zum Schalten eines Stellkolbens in dem Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung. Das Pleuel weist eine Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge auf, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter aufweist, mit zwei Kolben, welche jeweils in einer Hydraulikkammer verschiebbar geführt sind und in welchen an dem Exzenterhebel angreifende Exzenterstangen der Exzenter-Verstelleinrichtung gelagert sind. Dabei ist ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung mittels eines Umschaltventils verstellbar. Durch die Änderung des Verstellwegs wird die effektive Pleuelstangenlänge geändert. Damit kann die Verdichtung der Brennkraftmaschine gesteuert werden. Ein solches Pleuel kann so eine Exzenter-Verstelleinrichtung umfassen, die insbesondere zum Schalten der Stellkolben in dem Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 eine schematische Darstellu ng eines bekannten Pleuels für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung eines Kraftfahrzeugs;
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2 eine schematische räumliche Darstellung eines Hydraulikventils nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt;
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3 das Hydraulikventil aus 2 in einer ersten Schaltstellung im Längsschnitt;
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4 das Hydraulikventil aus 2 in einer zweiten Schaltstellung im Längsschnitt;
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5 den Rastbolzen des Hydraulikventils aus 2 mit montiertem Kugelhalter mit Federelement in einer radialen Nut in isometrischer Darstellung;
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6 das Federelement aus 5 als ringförmige Manschette in isometrischer Darstellung;
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7 eine schematische räumliche Darstellung eines Hydraulikventils nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt;
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8 das Hydraulikventil aus 7 in einer ersten Schaltstellung im Längsschnitt;
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9 das Hydraulikventil aus 7 in einer zweiten Schaltstellung im Längsschnitt;
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10 den Rastbolzen des Hydraulikventils aus 7 mit montiertem Kugelhalter mit Federelement in einer axialen Nut in isometrischer Darstellung; und
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11 das Federelement aus 10 als sich axial erstreckendes Band in isometrischer Darstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt ein bekanntes Pleuel 1 für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Pleuel 1 weist ein oberes Kolbenbolzenlagerauge 2 auf, in dem ein nicht näher dargestellter Kolbenbolzen eingesteckt ist. Dieser Kolbenbolzen ist in üblicher Weise fest in einen Brennraumkolben des Verbrennungsmotors eingesteckt. Das Kolbenbolzenlagerauge 2 ist mittels einer Exzenter-Verstelleinrichtung 3 um eine Schwenkachse 22 schwenkbar, die parallel versetzt zur Längsachse 23 des Kolbenbolzenlagerauges 2 liegt. Somit ist es möglich, das Kolbenbolzenlagerauge 2 in seinem Abstand 24 als effektiver Pleuellänge zu einer Pleuellagerachse 21 eines Pleuellagers 35 zu verändern. Damit kann eine variable Verdichtung des Brennraums verwirklicht werden.
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Die Exzenter-Verstelleinrichtung 3 umfasst einen schwenkbar in einer Bohrung 25 des Pleuels 1 angeordneten Exzenter 26. Der Exzenter 26 ist mit einem Exzenterhebel verbunden, von welchem sich zwei Arme 27, 28 diametral zueinander hinfort erstrecken. An den Enden dieser beiden Arme 27, 28 greifen Stützstangen (Exzenterstangen) 29, 30 an. Diese Stützstangen 29, 30 sind gelenkig mit zwei kleinen Stellkolben 31, 32 verbunden. Somit ist es möglich, den Exzenter 26 innerhalb der Bohrung 25 des Pleuels 1 zu schwenken. Dabei fährt der eine kleine Stellkolben 31 bzw. 32 aus einer zylinderförmigen Bohrung 34 bzw. 33 innerhalb des Pleuels 1 aus, während der andere Stellkolben 32 bzw. 31 in eine zylinderförmige Bohrung 33 bzw. 34 des Pleuels 1 einfährt. Fährt der in der Zeichnung linke Linearkolben 32 ein, so wird der Exzenter 26 in der Drehrichtung 7 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt. Fährt hingegen der in der Zeichnung rechte Linearkolben 31 ein, so wird der Exzenter 26 in Drehrichtung 5 entsprechend dem Uhrzeigersinn geschwenkt. Die Drehung in Richtung des Uhrzeigersinns bewirkt eine Verlagerung des Kolbenbolzenlagerauges 2 weiter nach oben bzw. weiter von der Pleuellagerachse 21 hinfort. Damit wird der Abstand 24 als effektive Pleuellänge vergrößert und somit wird die Verdichtung im Brennraum erhöht. Bei maximal eingefahrenem rechten Linearkolben 31 befindet ist der Brennraum auf die Stufe der maximalen Verdichtung eingestellt. Analog bewirkt ein Verschwenken des Exzenters 26 entgegen dem Uhrzeigersinn – d.h. in Drehrichtung 7 – eine Verringerung der Verdichtung bis hin zur Stufe der minimalen Verdichtung.
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Um diese beiden Stufen der Verdichtung zu steuern, ist beispielsweise ein Hydraulikventil 8 mit einer Ventillängsachse 77 in einer Ventilaufnahmebohrung 50 angeordnet. Mit diesem Hydraulikventil 8 kann unter Druck stehendes Öl als Hydraulikfluid aus einer Verdrängerkammer 4 bzw. 6 zu einem Versorgungsanschluss P des Hydraulikventils 8 geführt werden. Vom Versorgungsanschluss P wird das Öl über einen Kanal 36, 37 zum Pleuellager 35 geführt, wo es in eine nicht näher dargestellte Ölversorgung eines Exzenterzapfens der Kurbelwelle eingeführt wird. Dieser Exzenterzapfen ist in üblicher Weise drehbar innerhalb des Pleuellagers 35 angeordnet. Bei einem 4-Zylinder-Motor sind beispielsweise vier solcher Exzenterzapfen an der Kurbelwelle angeordnet. Demzufolge sind bei einem solchen 4-Zylinder-Motor auch vier Pleuel 1 mit insgesamt vier Pleuellagern 35 vorgesehen.
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Die Ölversorgung innerhalb des Pleuellagers 35 kommt von der Ölpumpe 76 des Verbrennungsmotors und versorgt über Zufuhrleitungen 38, 39 die beiden Verdrängerkammern 4, 6. Dabei ist in die beiden Zuführleitungen 38, 39 jeweils ein Rückschlagventil 40 bzw. 41 eingesetzt, welches in Flussrichtung von der jeweiligen Verdrängerkammer 4 bzw. 6 zu der Ölversorgung schließt und in die entgegengesetzte Flussrichtung öffnet.
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Die vom Brennraumkolben über das Kolbenbolzenlagerauge 2 auf die Stützstangen 29, 30 übertragenen Kräfte sind sehr hoch. Diese hohen Kräfte sind weit größer als die Kräfte, die am Linearkolben 31 bzw. 32 infolge des Druckes der Ölpumpe 76 wirken. Damit kann das Hydraulikventil 8 je nach Stellung Druck aus der einen Verdrängerkammer 6 oder der anderen Verdrängerkammer 4 zur Ölversorgung zurück drücken. Wird die eine Verdrängerkammer 6 bzw. 4 infolge der hohen Kräfte des Brennraumkolbens verkleinert, so saugt die andere Verdrängerkammer 4 bzw. 6 über deren sich dann öffnendes Rückschlagventil 40 bzw. 41 Öl von der Ölversorgung ein.
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Auf dem Weg von der Ölpumpe 76 zur Ö lversorgung innerhalb der Kurbelwelle sind weitere Verbraucher angeschlossen, die Öl abzweigen. Insbesondere geschmierte Lager senken den Öldruck ab. Die Viskosität des Öls spielt auch eine Rolle für den Öldruck.
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In einem Pleuel 1 wie dargestellt in 1 zum Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung kann beispielsweise das erfindungsgemäße Hydraulikventil 8 insbesondere zum Schalten eines Stellkolbens 31, 32 eingesetzt werden.
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Den 2 bis 11 sind zwei Ausführungsbeispiele des erfinderischen Hydraulikventils 8 zu entnehmen. Gleiche oder ähnliche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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2 zeigt eine schematische räumliche Darstellung eines Hydraulikventils 8 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, während in 3 das Hydraulikventil aus 2 in einer ersten Schaltstellung S1 im Längsschnitt dargestellt ist und in 4 in einer zweiten Schaltstellung S2.
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Das Hydraulikventil 8 zum Betrieb mit einem Hydraulikfluid, insbesondere zum Schalten eines Stellkolbens 31, 32 in einem Pleuel 1 für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung, umfasst ein Ventilgehäuse 44, das einen ersten Arbeitsanschluss A1 und einen zweiten Arbeitsanschluss A2 sowie einen Versorgungsanschluss P aufweist, der mit einem hydraulischen Druck des Hydraulikfluids beaufschlagbar ist. Dadurch ist ein in dem Ventilgehäuse 44 angeordneter beweglicher Kolben 9 gegen die Kraft einer vorgespannten Feder 10 verschiebbar, wobei der Kolben 9 wahlweise in einer ersten Schaltstellung S1 und in einer zweiten Schaltstellung S2 arretierbar ist. Zur Arretierung ist ein mit einer Federkraft beaufschlagtes Kugelelement 80 vorgesehen, welches in Abhängigkeit vom hydraulischen Druck in Vertiefungen eines Rastbolzens 81 einrastbar ist.
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Das Hydraulikventil 8 weist ein buchsenförmiges Ventilgehäuse 44 auf, welches außen drei axial beabstandet zueinander angeordnete Ringnuten 45, 46, 47 aufweist. Der mittleren Ringnut 46 ist der Versorgungsanschluss P zugeordnet, der mit einem hydraulischen Druck des Hydraulikfluids beaufschlagt ist. Dadurch ist der in dem Ventilgehäuse 44 angeordnete beweglic he Kolben 9, welcher als Stufenkolben ausgebildet ist, gegen die Kraft der vorgespannten Feder 10 verschiebbar. Die beiden äußeren Ringnuten 45 und 47 stellen die Arbeitsanschlüsse A1 und A2 dar.
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Der Kolben 9 ist wahlweise in der ersten Schaltstellung S1 und in der zweiten Schaltstellung S2 arretierbar, wobei zur Arretierung das mit einer Federkraft beaufschlagtes Kugelelement 80 vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit vom hydraulischen Druck in Vertiefungen eines Rastbolzens 81 einrastbar ist. Das Kugelelement 80 ist in einem Kugelhalter 82 angeordnet, welcher axial verschiebbar auf dem Rastbolzen 81 angeordnet ist. Die beiden Schaltstellungen S1, S2 des Hydraulikventils sind in den 3 und 4 im Längsschnitt des Hydraulikventils 8 dargestellt.
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In der ersten Schaltstellung S1 ist der erste Arbeitsanschluss A1 zu dem Versorgungsanschluss P geöffnet und der zweite Arbeitsanschluss A2 zu dem Versorgungsanschluss P geschlossen und in der zweiten Schaltstellung S2 ist der zweite Arbeitsanschluss A2 zu dem Versorgungsanschluss P geöffnet und der erste Arbeitsanschluss A1 zu dem Versorgungsanschluss P geschlossen.
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Das Kugelelement 80 ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mittels eines als Blattfeder ausgebildeten Federelementes 83 mit einer Federkraft beaufschlagt, wobei die Blattfeder 83 in einer wenigstens teilweise in der Mantelfläche des Kugelhalters 82 angeordneten Nut 86 des Kugelhalters 82 angeordnet ist, wie 5 deutlich zu entnehmen ist.
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Das Federelement 83 ist in dem ersten Ausführungsbeispiel als ringförmige Manschette 93 ausgebildet. Das Kugelelement 80 ist dadurch in der ersten Schaltstellung S1 in einer ersten Rastposition 90 der Schaltkulisse 14 und in der zweiten Schaltstellung S2 in einer zweiten Rastposition 91 verrastbar.
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Die Anpresskraft auf das Kugelelement 80 durch das Federelement 83 hält den Kolben 9 bei normalem Hydraulikdruck in Position. Die erste Schaltstellung S1 und die zweite Schaltstellung S2 sind jeweils als in einem Druckbereich stabile Lagen des Kolbens 9 ausgebildet, da der Kolben 9 erst durch einen Druckanstieg oder Druckabfall des Hydraulikfluids aus einer der beiden Schaltstellungen S1, S2 lösbar ist. Eine erste Druckschwelle und eine zweite Druckschwelle des Hydraulikfluids sind so einstellbar, dass der Kolben 9 aus der ersten Rastposition 90 in die zweite Rastposition 91 überführbar ist, wenn der Druck des Hydraulikfluids größer als die zweite Druckschwelle ist und/oder der Kolben 9 aus der zweiten Rastposition 91 in die erste Rastposition 90 überführbar ist, wenn der Druck des Hydraulikfluids kleiner als die erste Druckschwelle ist.
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Bewegt sich der Hydraulikdruck so zwischen den beiden Druckschwellen, ist kein Schalten in die jeweils andere Schaltposition möglich, das Hydraulikventil 8 ist also in einem stabilen Zustand. Befindet sich der Kolben 9 in der ersten Rastposition 90, kommt es erst zu einem Schaltvorgang, wenn die zweite Druckschwelle erreicht wird. Umgekehrt kann der Kolben 9 erst wieder zurückschalten, wenn die erste Druckschwelle unterschritten wird. Dabei können die Parameter so eingestellt werden, dass ein Zurückschalten in die erste Rastposition 90 erst bei einer ersten Druckschwelle von null bar, also in drucklosem Zustand geschieht.
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Die erste und/oder die zweite Druckschwelle sind mittels wenigstens einem zwischen der Feder 10 und einer Abstützung 92 der Feder 10 auf dem Kolben 9 angeordneten Distanzelement 85 einstellbar. Mit verschiedenen Dicken von Distanzelementen 85, beispielsweise in Form von Unterlegscheiben, können so Fertigungstoleranzen ausgeglichen und das Hydraulikventil 8 eingestellt werden.
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In 5 ist der Rastbolzen 81 des Hydraulikventils 8 aus 2 mit montiertem Kugelhalter 82 mit Federelement 83 in der radialen Nut 86 isometrisch dargestellt. Der Kugelhalter 82 sitzt als hohlzylinderförmiger Abschnitt auf dem Rastbolzen 81, auf dem er verschieblich angeordnet ist und weist die teilweise ringförmig auf dem Umfang des Kugelhalters eingefräste Nut 86 auf, in welche das Federelement 83 als ringförmige Manschette 93 eingelegt ist. Auf den Rastbolzen ist auch das Distanzelement 85 aufgeschoben, welches zur Einstellung der Federkräfte der Feder 10 als rückstellende Kraft des Kolbens 9 des Hydraulikventils 8 verwendet wird.
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In 6 ist das Federelement 83 als ringförmige Manschette 93 aus 5 isometrisch dargestellt. Das Federelement 83 ist als ringförmig gebogene Bandfeder mit einer geschlitzten Öffnung zur Montage ausgebildet.
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Die Manschette 93 kann so aufgebogen und in die radiale Nut 86 des Kugelhalters 82 eingelegt werden und hält sich dann auf Grund der Vorspannung von selbst in der Nut 86. Gleichzeitig drückt die Manschette 93 so auf das auf der Innenseite der Manschette 93 angeordnete Kugelelement 80.
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Die 7 bis 11 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydraulikventils 8. 7 zeigt eine schematische räumliche Darstellung eines Hydraulikventils 8 im Längsschnitt, wobei 8 das Hydraulikventil 8 aus 7 in einer ersten Schaltstellung S1 im Längsschnitt und 9 in einer zweiten Schaltstellung S2 zeigt.
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Das Federelement 83 der zweiten Ausführungsform ist als sich in axialer Richtung des Kugelhalters 82 auf der radialen Außenseite des Kugelelements 80 erstreckendes Band 84 ausgebildet und ist mittels diametral angeordneter Stege 88 des Federelements 83, welche in schlitzförmige Ausnehmungen 89 des Kugelhalters 82 eingreifen, in dem Kugelhalter 82 anordenbar. Das als Band 84 ausgebildete Federelement 83 übt einen gleichmäßigen Druck auf das Kugelelement 80 aus, der durch die Auslegung des Bandes 84 in der Wahl der Federkonstanten bestimmt wird. Wie in den 8 und 9 zu erkennen ist, kann mit dem Band 84 als Federelement 83 eine sehr platzsparende Form eines Kugelhalters 82 realisiert werden, da Raum für das Band 84 nur auf einer Seite des Kugelhalters 82 vorgesehen werden muss, an der das Federelement 83 auch auf das Kugelelement 80 drückt. Auch ist das Band 84 sehr leicht zu montieren, da es mit den seitlichen Stegen 88 des Bandes 84 sehr zweckmäßig in schlitzförmige Ausnehmungen 89 des Kugelhalters 82 eingeklipst werden kann. Dazu muss das Band 84 nur wenig aufgebogen werden, damit es in die schlitzförmigen Ausnehmungen 89 eingreifen kann.
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10 zeigt dazu den Rastbolzen 81 des Hydraulikventils 8 aus 7 mit montiertem Kugelhalter 82 mit Federelemen t 83 in einer axialen Nut 87 in isometrischer Darstellung. Wie insbesondere 10 zu entnehmen ist, umgreift das Federelement 83 als Band 84 den Kugelhalter 82 wenigstens teilweise. 11 zeigt dazu das Federelement 83 als sich axial erstreckendes Band 84 aus 10 in isometrischer Darstellung.
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Zur Montage ist das Band 84 in einer axialen Nut 87 des Kugelhalters 82 angeordnet und seitliche Stege 88 des Bandes 84 greifen in die schlitzförmige Ausnehmungen 89 des Kugelhalters 82 ein. Damit ist das Band 84 verliersicher in dem Kugelhalter 82 fixiert, da die Stege 88 in die vertieften Ausnehmungen 89 eingreifen und so das Band 84 sich mit der Vorspannung des Bandes 84 selbst hält.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013107127 A1 [0003]
