DE102015213281A1

DE102015213281A1 - Exzenterhebel einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015213281A1
Application number: DE102015213281.1A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Michael Knorr; Andreas Möller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Ein Exzenterhebel (10) einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine besteht aus einem zweiarmigen, durch zueinander beabstandete Seitenteile (34, 35) gebildeten Hebelteil (33) und einem an seinen Enden jeweils mit diesen Seitenteilen (34, 35) verbundenen Exzenterkörper (8), wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung (9) ausgebildete Exzenterkörper (8) über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge (7) eines Pleuels (1) einsetzbar ist und über einen in die Kolbenbolzenbohrung (9) einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge (7) und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt. Zur Schaffung eines Exzenterhebels einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist und sich aufgrund seiner Ausbildung für eine in Großserie durchgeführte Montage in Pleuelaugen von Pleuel eignet, soll zumindest eines der Seitenteile (34, 35) zur drehfesten Verbindung mit dem Exzenterkörper (8) eine mit einer Innenverzahnung (41) versehene Aufnahmebohrung (40) aufweisen, wobei zumindest eine an der Außenmantelfläche des Exzenterkörpers (8) vorgesehene Außenverzahnung (42) formschlüssig in die Innenverzahnung (41) eingreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Exzenterhebel einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zweiarmigen, durch zueinander beabstandete Seitenteile gebildeten Hebelteil und einem an seinen Enden jeweils mit diesen Seitenteilen verbundenen Exzenterkörper besteht, wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung ausgebildete Exzenterkörper über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge eines Pleuels einsetzbar ist und über einen in die Kolbenbolzenbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Exzenterhebel für eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zwei Hebelarme aufweisenden Hebelteil und einem an seinen Enden mit zueinander beabstandeten Seitenteilen dieses Hebelteils verbundenen Exzenterkörper besteht, wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Exzenterbohrung ausgebildete Exzenterkörper über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge eines Pleuels einsetzbar ist und über einen in die Exzenterbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt und wobei jedes der Seitenteile zur drehfesten Verbindung mittels einer Schweißverbindung stoffschlüssig am Exzenterkörper befestigt ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen Exzenterhebel für eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zwei Hebelarme aufweisenden Hebelteil und einem an seinen Enden mit zueinander beabstandeten Seitenteilen dieses Hebelteils verbundenen Exzenterkörper besteht, wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Exzenterbohrung ausgebildete Exzenterkörper über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge eines Pleuels einsetzbar ist und über einen in die Exzenterbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, dessen effektive Länge zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit wenigstens zweistufig verstellbar ist, wobei am Pleuel ein in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneter Exzenterkörper, zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Hydraulikzylinder mit darin jeweils verschiebbar geführten Stellkolben und Kolbenstangen, die jeweils einen Stellkolben mit dem Exzenter verbinden, vorgesehen sind.
Stand der Technik
Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses können der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert und somit insgesamt der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen nimmt allerdings mit der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zu. Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.
Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist außerdem besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis generell in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie z.B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.
Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, die eine Verstellung des Abstandes zwischen einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle und einem Kolbenbolzen, d.h., eine Änderung einer effektiven Pleuelstangenlänge vornehmen. Es kann sich dabei unter anderem um Vorrichtungen handeln, mit denen die Lage eines mit einem Arbeitskolben der Zylindereinheit verbundenen Kolbenbolzens zu einem Pleuelauge des Pleuels verändert wird.
Ein Exzenterhebel für eine Betätigung einer Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 10 2013 014 090 A1 bekannt. Die Verstelleinrichtung weist einen in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordneten Exzenterkörper mit einer exzentrisch zu diesem verlaufenden Kolbenbolzenbohrung auf, wobei an den Enden des Exzenterkörpers, also beidseitig des Pleuelauges, Exzenterhebelsegmente durch eine umlaufende Schweißnaht befestigt sind. Diese als ebene Blechteile ausgeführten Exzenterhebelsegmente bilden gemeinsam mit dem Exzenterkörper einen zweiarmigen Exzenterhebel, der mit in Bezug auf den Exzenterkörper diametral verlaufenden Laschen versehen ist. Am Ende der jeweiligen Lasche ist ein Verbindungsbolzen vorgesehen, der zum einen in diesem Bereich die Exzenterhebelsegmente miteinander verbindet und zum anderen zur schwenkbaren Führung des Exzenterhebels gegenüber einer Exzenterstange dient,, an deren anderem Ende ein Kolben angreift. Druckräume, die zwischen den entsprechenden Kolben und im Pleuel ausgebildeten Führungszylindern vorgesehen sind, werden über Ölzulaufleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Motoröl aus einem Pleuellager versorgt. Neben der jeweiligen Ölzulaufleitung ist an jeden der beiden Druckräume eine Ölrücklaufleitung angeschlossen, die zu einem Schaltventil führt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Exzenterhebel einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, der mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist und sich aufgrund seiner Ausbildung für eine in Großserie durchgeführte Montage in Pleuelaugen von Pleuel eignet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 2, 3 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Der erfindungsgemäße Exzenterhebel besteht danach aus einem zweiarmigen, durch zueinander beabstandete Seitenteile gebildeten Hebelteil und einem an seinen Enden jeweils mit diesen Seitenteilen verbundenen Exzenterkörper. Dabei ist der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung ausgebildete Exzenterkörper über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge eines Pleuels einsetzbar, so dass über einen in die Kolbenbolzenbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit hergestellt wird.
Zumindest eines der Seitenteile weist zur drehfesten Verbindung mit dem Exzenterkörper eine in einer Aufnahmebohrung angeordnete Innenverzahnung auf, wobei zumindest eine an der Außenmantelfläche des Wellenzapfens vorgesehene Außenverzahnung formschlüssig in die Innenverzahnungen eingreift. Aufgrund der Anordnung der beiden Seitenteile des Hebelteils beidseitig des Pleuelauges muss während des Montagevorganges zunächst der Exzenterkörper in die Bohrung des Pleuelauges eingesetzt werden, woraufhin dann die Seitenteile mit dem Exzenterkörper verbunden werden. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Art der Befestigung über eine Verzahnung besteht darin, dass bei einer fehlerhaften Montage das Hebelteil wieder von dem Exzenterkörper getrennt werden kann. Würde es sich hingegen um eine unlösbare Befestigung handeln, müsste die komplette Baueinheit, also das Pleuel mit dem Exzenterhebel verschrottet werden.
Demgegenüber soll nach der DE 10 2013 014 090 A1 der Exzenterkörper an seinen beiden Enden mit dem jeweiligen Seitenteil verschweißt werden. Wenn eine der Schweißnähte fehlerhaft ist oder aufgrund von Verzug die engen Toleranzen nicht eingehalten werden, muss die gesamte Baueinheit inklusive des Pleuels verschrottet werden.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Exzenterhebels sieht vor, dass dieser aus einem zwei Hebelarme aufweisenden Hebelteil und einem an seinen Enden mit zueinander beabstandeten Seitenteilen dieses Hebelteils verbundenen Exzenterkörper besteht. Dabei ist der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung ausgebildete Exzenterkörper über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge eines Pleuels einsetzbar, wobei über einen in die Kolbenbolzenbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit hergestellt wird. Jedes der Seitenteile ist zur drehfesten Verbindung mittels einer Schweißverbindung stoffschlüssig am Exzenterkörper befestigt.
Dabei sollen die beiden Seitenteile durch einen spanlosen Biegeprozess aus einem einzigen Blechsteifen hergestellt und am Ende eines der Hebelarme über einen in der gleichen vertikalen Ebene wie die Seitenteile verlaufenden Steg miteinander verbunden sein. Zu diesem Zweck wird zunächst eine Platine aus dem Blechstreifen ausgestanzt, die bereits mit den beiden Aufnahmebohrungen für den Exzenterkörper sowie mit den Bohrungen, in denen im späteren Montageprozess Bolzen zur Bildung der Anlenkpunkte der Kolbenstangen des Verstellsystems angeordnet werden, versehen werden. Anschließend wird die Platine um ihre Querebene U-förmig gebogen, so dass die Seitenteile über den Steg miteinander verbunden sind. Dieses geschlossene Ende des fertigen Hebelteils wird bei der späteren Montage des Exzenterhebels mit der Kolbenstange verbunden, die gemeinsam mit dem Stellkolben die auf die Verstellvorrichtung übertragenen Gaskräfte der Zylindereinheit abstützt.
Weiterhin ist bei einem Exzenterhebel, der aus einem zwei Hebelarme aufweisenden Hebelteil und einem an seinen Enden jeweils mit zueinander beabstandeten Seitenteilen dieses Hebelteils verbundenen Exzenterkörper besteht, der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung ausgebildete Exzenterkörper über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge eines Pleuels einsetzbar. Dabei wird über einen in die Kolbenbolzenbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit hergestellt. In diesem Fall soll jeder der Hebelarme aus separat hergestellten Seitenteilen bestehen, wobei das jeweilige Seitenteil an seinem dem Exzenterkörper zugewandten Ende durch eine Schweißverbindung stoffschlüssig am Exzenterkörper befestigt ist. Die Hebelarme werden somit aus verkürzten Seitenteilen hergestellt, die sich nur noch vom Exzenterkörper aus bis zum Ende des Hebelelements erstrecken. Bei dem Stanzvorgang zur Herstellung einer entsprechenden Platine kann das jeweilige Seitenteil mit einem Radius, der dem des Exzenterkörpers entspricht, ausgestanzt werden. Auch in diesem Fall können zumindest die beiden Seitenteile, die für die Gaskraftseite des Exzenterhebels vorgesehen sind, einstückig ausgebildet und somit über einen Steg miteinander verbunden sein.
Erfindungsgemäß kann auch ein Hebelteil, das über eine Innenverzahnung auf einer Außenverzahnung des Exzenterkörpers fixiert ist, aus zwei Seitenteilen bestehen, die durch einen spanlosen Biegeprozess aus einem einzigen Blechsteifen hergestellt sein. Dabei sind die Seitenteile am Ende eines der Hebelarme über einen in der gleichen vertikalen Ebene wie die Seitenteile verlaufenden Steg miteinander verbunden, so dass sich ein U-förmiger Verlauf der Seitenteile und des zwischen diesen liegenden Stegs ergibt. Dieses geschlossene Ende befindet sich vorzugsweise auf der Gaskraftseite des Exzenterhebels.
Weiterhin sollen bei einem Exzenterhebel, bei welchem ein Hebelteil über eine Innenverzahnungen auf Außenverzahnungen des Exzenterkörpers fixiert ist, die Innen- und/oder Außenverzahnung zumindest teilweise als reibungserhöhende Klemmverzahnungen ausgebildet sind. Es kann sich dabei um Zähne mit unterschiedlicher Breite oder Höhe, Hinterschnitten usw. handeln, so dass zwischen den ineinandergreifenden Verzahnungen eine in Längsrichtung des Exzenterkörpers erzielte Klemmwirkung ein Lösen dieser Befestigung verhindert.
Außerdem ist vorgesehen, dass sich die Außenverzahnung des Exzenterkörpers im Wesentlichen über die gesamte Länge des Exzenterkörpers erstreckt und dass in einem zwischen den Seitenteilen des Hebelteils liegenden Bereich eine mit einer Innenverzahnung versehene Hülse angeordnet ist, die in die Außenverzahnung eingreift. Ein mit einer sich über seine gesamte Länge erstreckenden Außenverzahnung versehener Exzenterkörper lässt sich mit deutlich geringerem Fertigungsaufwand herstellen, als wenn stattdessen nur Zahnkränze an den Enden des Exzenterkörpers hergestellt werden müssen. Die Hülse deckt im zwischen den Seitenteilen des Hebelteils liegenden Bereich die Außenverzahnung ab und ist mit ihrer Außenmantelfläche in der Bohrung des Pleuelauges geführt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sollen zur Versteifung des Hebelteils die Seitenteile über zumindest eine Brücke miteinander verbunden sein, wobei die zumindest eine Brücke einteilig mit den Seitenteilen ausgebildet ist und vom jeweiligen oberen Rand der Seitenteile ausgeht.
Alternativ dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Seitenteile des zweiarmigen Hebelteils an Enden ihrer Hebelarme von Klammern übergriffen sind. Die Klammern können dabei U-förmig ausgebildet sein, wobei deren Schenkel an den Seitenteilen anliegen. Vorzugsweise weisen die Schenkel miteinander fluchtende Bohrungen auf, wobei die entsprechende Klammer derart am Hebelarm positioniert wird, dass diese Bohrungen wiederum mit Bohrungen des Hebelarms, in denen über einen Bolzen eine Kolbenstange fixiert wird, fluchten. Das jeweilige Ende des Bolzens oder die im Schenkel vorgesehene Bohrung können Mittel aufweisen, über die der Bolzen in die Bohrung eingeschnappt ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jedes der Seitenteile des zweiarmigen Hebelteils über zumindest einen Passstift am Exzenterkörper fixiert ist, wobei der Passstift in radialen Bohrungen des Exzenterkörpers und einer Nabe des jeweiligen Seitenteils angeordnet ist. Anstelle des Passstiftes kann auch eine Madenschraube vorgesehen sein, die, wie der Passstift radial zum Exzenterkörper verläuft und mit ihrer Spitze in eine am Exzenterkörper vorgesehene Ausnehmung eingreift.
Schließlich wird bei einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis ein Abstand zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt eines Pleuellagerauges und eines Kolbenbolzenlagers wenigstens zweistufig verstellt. Die Verstelleinrichtung weist zwei hydraulische Stützzylinder auf, die jeweils einen mit einer Kolbenstange gelenkig verbundenen Stellkolben aufnehmen, wobei von den Stellkolben abgewandte Enden der Kolbenstangen gelenkig mit einem der Enden eines Exzenterhebels verbunden sind. Dieser Exzenterhebel ist als zweiarmiger Hebel an einem in einem Pleuelauge des Pleuels schwenkbar geführten, das Kolbenbolzenlager aufnehmenden Exzenterkörper befestigt. Dabei soll der Exzenterhebel mit den zuvor erläuterten Merkmalen ausgebildet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche mit den abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen mehrere unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Pleuels im Längsschnitt, wobei über einen mit Stützzylindern zusammenwirkenden Exzenterhebel die Lage eines Kolbenbolzenlagers in Bezug auf das Pleuel veränderbar ist,
2 eine perspektivische Darstellung eines mit einem Exzenterhebel versehenen Pleuels, wobei Seitenteile eines Hebelteils über eine Schweißverbindung an einem Exzenterkörper fixiert und an einem Ende über einen Steg miteinander verbunden sind,
3 eine perspektivische Darstellung des in der Ausführungsform nach der 2 verwendeten Exzenterhebels,
4 eine perspektivische Darstellung des in der Ausführungsform nach der 2 verwendeten Hebelteils,
5 eine perspektivische Darstellung eines mit einem Exzenterhebel versehenen Pleuels, wobei Seitenteile eines Hebelteils durch eine Verzahnung an einem Exzenterkörper fixiert und an einem Ende über einen Steg miteinander verbunden sind,
6 eine perspektivische Darstellung eines an seinen Enden mit einer radial vorstehenden Außenverzahnung versehenen Exzenterkörper, der beispielsweise in der Ausführungsform nach der 5 verwendet wird,
7 eine perspektivische Darstellung eines Hebelteils, das beispielsweise in der Ausführungsform der 5 verwendet wird und dessen Aufnahmebohrung mit einer Innenverzahnung versehen ist,
8 eine perspektivische Darstellung eines mit einer Außenverzahnung versehenen Exzenterkörpers, wobei die Verzahnung innerhalb der radialen Erstreckung des Exzenterkörpers ausgebildet ist,
9 eine perspektivische Darstellung eines mit einer Außenverzahnung versehen Exzenterkörpers, wobei sich diese über die gesamte Länge des Exzenterkörpers erstreckt und auf diesem ein Seitenteil des Hebelteils montiert ist,
10 eine perspektivische Darstellung des komplettierten Exzenterhebels, der ausgehend von der Anordnung der 9 mit einer Hülse und einem weiteren Seitenteil versehen ist,
11 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines an einem Pleuelauge angeordneten Exzenterhebels, wobei dessen Hebelarm aus einem separaten Seitenteil hergestellt ist,
12 eine perspektivische Darstellung eines Teilabschnittes eines Pleuels im Bereich seines Pleuelauges, wobei Seitenteile eines Hebelteils von zwei Brücken übergriffen sind,
13 eine Längsschnitt durch den in der 12 dargestellten Teilbereich des Pleuels,
14 eine perspektivische Darstellung eines Teilabschnittes eines Pleuels im Bereich seines Pleuelauges, wobei Seitenteile eines Hebelteils über Passstifte am Exzenterkörper fixiert sind,
15 eine Längsschnitt durch den in der 14 dargestellten Teilbereich des Pleuels und
16 eine perspektivische Darstellung eines Teilabschnittes eines Pleuels im Bereich seines Pleuelauges, wobei die Seitenteile des Hebelteils einen gekröpften Verlauf aufweisen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der 1 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das aus einem zum Teil als Pleuelschaft 2 ausgebildeten Pleueloberteil 3 und einem Pleuelunterteil 4 besteht. Das Pleueloberteil 3 und das Pleuelunterteil 4 bilden gemeinsam ein Pleuellagerauge 5, das eine Längsmittelachse 6 aufweist und über welches das Pleuel 1 auf einem nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 3 mit einem Pleuelauge 7 versehen, in welchem über einen Exzenterkörper 8 ein nicht näher dargestellter Kolbenbolzen wiederum in einem innerhalb des Exzenterkörpers 8 exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenlager 9 anordenbar ist. Über den drehbar im Kolbenbolzenlager 9 geführten Kolbenbolze ist ein ebenfalls nicht dargestellter Arbeitskolben einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine an dem Exzenterkörper 8 geführt, wobei eine Verdrehung des Exzenterkörpers 8 in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt.
Der Exzenterkörper 8 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen 9 sowie dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Gaskräfte, verstellt. Während des Arbeitsverfahrens der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Mit dem Exzenterkörper 8 ist ein als zweiarmigen Hebel ausgebildeter Exzenterhebel 10 drehfest verbunden, der diametral verlaufende Laschen 11 und 12 aufweist, wobei diese jeweils über Kolbenstangen 13 und 14 mit einfachwirkenden Stellkolben 15 und 16 verbunden sind. Dabei sind die Kolbenstangen 13 und 14 jeweils schwenkbar über einen Bolzen 17 mit den Laschen 11 und 12 verbunden. Die Stellkolben 15 und 16 greifen über die vorgenannten Bauelemente an dem Exzenterkörper 8 an, um diesem eine Verdrehung zu ermöglichen oder ihn in der jeweiligen Position abzustützen. Somit kann durch die Stellkolben 15 und 16 die Drehbewegung des Exzenterkörpers 8 unterstützt oder seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenterkörper 8 übertragenen Kräfte bewirkt werden würde, vermieden werden.
Die Stellkolben 15 und 16 bilden gemeinsam mit Zylinderbohrungen 18 und 19, in denen sie geführt sind, Stützzylinder 20 und 21, wobei jeder Stützzylinder 20 bzw. 21 einen Druckraum 22 bzw. 23 aufweist. In die Druckräume 22 bzw. 23 kann als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 5 angeordneten Pleuellager 24 über Ölzulaufleitungen 25 und 26 einströmen. Weiterhin geht von jedem der Druckräume 22 und 23 eine Ölrücklaufleitung 27 bzw. 28 aus, die, wie aus der 1 hervorgeht, beide in eine Ventilaufnahmebohrung 29 für ein nicht näher dargestelltes Umschaltventil einmünden. Diese Ventilaufnahmebohrung 29 verläuft innerhalb des Pleuelschafts 2, quer zu diesem, also parallel zur Längsmittelachse 6 des Pleuellagerauges 5. Von dem Pleuellager 24 führt außerdem eine Fluidleitung 30 zu der Ventilaufnahmebohrung 29. In den Ölzulaufleitungen 25 und 26 ist jeweils ein Rückschlagventil 31 bzw. 32 angeordnet, das eine Strömung des Druckmittels in den jeweiligen Druckraum 22 bzw. 23 ermöglicht, jedoch eine Rückströmung verhindert.
In den 2 bis 4 ist eine erste Ausführungsform des Exzenterhebels 10 dargestellt, bei der dessen Hebelteil 33 Seitenteile 34 und 35 aufweist, die aus einem Blechstreifen hergestellt sind, d.h., die über einen Steg 36 miteinander verbundenen Seitenteile 34 und 35 sind inklusive dieses Stegs 36 einteilig ausgeführt. Insgesamt verlaufen somit das Seitenteil 34, der Steg 36 und das weitere Seitenteil 35 U-förmig zueinander. Dabei ist das jeweilige Seitenteil 34 bzw. 35 durch eine Schweißverbindung 37 am entsprechenden Ende des Exzenterkörpers 8 befestigt. In den Seitenteilen 34 und 35 sind Bohrungen 38 und 39 zur Aufnahme der bereits im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen Bolzen 17 sowie gemäß 4 Aufnahmebohrungen 40 vorgesehen. In diese Aufnahmebohrungen 40 werden die Enden des Exzenterkörpers 8 vor dem Schweißvorgang eingesetzt.
Das Ausführungsbeispiel nach den 5 bis 7 unterscheidet sich dadurch von dem nach den 2 bis 4, dass innerhalb der Aufnahmebohrungen 40 jeweils eine Innenverzahnung 41 vorgesehen ist (siehe insbesondere die 7). Der Exzenterkörper 8 nach der 6 weist jeweils endseitig eine Außenverzahnung 42 auf, die radial über den Exzenterkörper 8 vorsteht. Mittels der Innenverzahnung 41 ist das Hebelteil 33 auf der Außenverzahnung 42 des Exzenterkörpers 8 fixierbar. Dabei können die beiden Verzahnungen 41 und 42 jeweils als Klemmverzahnung ausgebildet sein, so dass der Exzenterkörper 8 sich gegenüber dem Hebelteil 33 in axialer Richtung nicht verschieben kann. Gemäß der 8 ist der Exzenterkörper 8 ebenfalls an seinen Enden mit einer Außenverzahnung 43 versehen, die in diesem Fall aber innerhalb der radialen Erstreckung des Exzenterkörpers 8 liegen soll.
Nach den 9 und 10 ist der Exzenterkörper 8 über seine gesamte axiale Länge mit einer Außenverzahnung 44 versehen. Die 9 zeigt diesen Exzenterkörper 8 mit einem einzelnen Seitenteil 45, dessen Innenverzahnung 46 in die Außenverzahnung 44 eingreift. Nach dem Zusammenfügen dieser beiden Teile wird eine Hülse 47, deren glatte Außenmantelfläche 48 in der 10 sichtbar ist, über die Außenverzahnung 44 geschoben. Anschließend wird ein zweites Seitenteil 49 mittels einer entsprechenden Innenverzahnung 50 auf den über die Hülse 47 vorstehenden Endabschnitt der Außenverzahnung 44 geschoben und fixiert, wie zuvor beschrieben. Folglich kann der Exzenterhebel 10 über die Außenmantelfläche 48 der Hülse 47 in deren Umfangsrichtung gleitend in einer Bohrung des Pleuelauges 7 geführt werden. Wie weiterhin aus der 10 hervorgeht, sind zur Versteifung des Exzenterhebels 10 die beiden Seitenteile 45 und 49 über quer zu diesen verlaufende Brücken 51 und 52 aneinander befestigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel des Exzenterhebels 10 nach der 11 ist ein eine Lasche 11 des Hebelteils 33 bildender Hebelarm 53 ebenfalls als U-förmiges Element ausgeführt. Dieses Element bildet dabei zwei Seitenteile 54 und 55, deren Enden 56 und 57 mit dem Exzenterkörper 10 verschweißt sind. Der andere in der 11 nicht dargestellte Hebelarm kann wie der Hebelarm 53 gestaltet oder aus zwei getrennten Seitenteilen hergestellt sein.
Nach den 12 und 13 ist das Hebelteil 33 ebenfalls mittels Verzahnungen 58 und 59 der Aufnahmebohrung 40 und des Exzenterkörpers 8 auf dem Exzenterkörper 8 fixiert, wobei er aus zueinander beabstandeten Seitenteilen 60 und 61 besteht. Die Seitenteile 60 und 61 werden dabei von U-förmigen Klammern 62 und 63 übergriffen, die an den Bolzen 17 fixiert sind. Diese Bolzen 17 bilden jeweils ein Schwenklager zwischen dem Exzenterhebel 10 und den Kolbenstangen 13 und 14. Die Klammern 62 und 63 können dabei mit ihren Bohrungen 64 und 65 an den Enden der Bolzen 17 eingeklippt sein.
In den 14 und 15 ist das Hebelteil 33 ebenfalls aus zueinander beabstandeten Seitenteilen 66 und 67 hergestellt, die über einen Zahneingriff 68 am Exzenterkörper 8 in dessen Umfangsrichtung festgelegt sind. Zusätzlich sind Passstifte 69 und 70 vorgesehen, die radial zu den Aufnahmebohrungen 40 durch die Seitenteile geführt sind und in den Exzenterkörper 8 eingreifen, Damit ist das Hebelteil 33 auch in Längsrichtung des Exzenterkörpers 8 auf diesem festgelegt.
Schließlich zeigt die 16 einen Hebelarm 71 des Hebelteils 33, wobei die Seitenteile 72 und 73 einen gekröpften Verlauf aufweisen. Dadurch ist der Abstand zwischen den Seitenteilen 72 und 73 im jeweiligen Bereich, in dem beispielsweise die Kolbenstange 14 über den Bolzen 17 angelenkt ist, verringert.
Bezugszeichenliste

1: Pleuel
2: Pleuelschaft
3: Pleueloberteil
4: Pleuelunterteil
5: Pleuellagerauge
6: Längsmittelachse von 5
7: Pleuelauge
8: Exzenterkörper
9: Kolbenbolzenlager
10: Exzenterhebel
11: Lasche
12: Lasche
13: Kolbenstange
14: Kolbenstange
15: Stellkolben
16: Stellkolben
17: Bolzen
18: Zylinderbohrung
19: Zylinderbohrung
20: Stützzylinder
21: Stützzylinder
22: Druckraum
23: Druckraum
24: Pleuellager
25: Ölzulaufleitung
26: Ölzulaufleitung
27: Ölrücklaufleitung
28: Ölrücklaufleitung
29: Ventilaufnahmebohrung
30: Fluidbohrung
31: Rückschlagventil
32: Rückschlagventil
33: Hebelteil
34: Seitenteil von 33
35: Seitenteil von 33
36: Steg von 33
37: Schweißverbindung
38: Bohrungen
39: Bohrungen
40: Aufnahmebohrungen von 33
41: Innenverzahnung von 40
42: Außenverzahnung von 8
43: Außenverzahnung von 8
44: Außenverzahnung von 8
45: erstes Seitenteil von 33
46: Innenverzahnung von 45
47: Hülse
48: Außenmantelfläche von 47
49: zweites Seitenteil von 33
50: Innenverzahnung von 49
51: Brücke
52: Brücke
53: Hebelarm von 33
54: Seitenteil
55: Seitenteil
56: Ende von 54
57: Ende von 55
58: Verzahnung
59: Verzahnung
60: Seitenteil
61: Seitenteil
62: U-förmige Klammer
63: U-förmige Klammer
64: Bohrung von 62
65: Bohrung von 63
66: Seitenteil
67: Seitenteil
68: Zahneingriff
69: Passstift
70: Passstift
71: Hebelarm
72: gekröpftes Seitenteil
73: gekröpftes Seitenteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013014090 A1 [0008, 0013]

Claims

Exzenterhebel (10) einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zweiarmigen, durch zueinander beabstandete Seitenteile (34, 35, 45, 49, 60, 61, 66, 67, 72, 73) gebildeten Hebelteil (33) und einem an seinen Enden jeweils mit diesen Seitenteilen (34, 35, 45, 49, 60, 61, 66, 67, 72, 73) verbundenen Exzenterkörper (8) besteht, wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung (9) ausgebildete Exzenterkörper (8) über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge (7) eines Pleuels (1) einsetzbar ist und über einen in die Kolbenbolzenbohrung (9) einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge (7) und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Seitenteile (34, 35, 45, 49, 60, 61, 66, 67, 72, 73) zur drehfesten Verbindung mit dem Exzenterkörper (8) eine mit einer Innenverzahnung (41, 50, 59, 68) versehene Aufnahmebohrung (40) aufweist und dass zumindest eine an der Außenmantelfläche des Exzenterkörpers (8) vorgesehene Außenverzahnung (42, 43, 44, 59, 68) formschlüssig in die Innenverzahnung (41, 50, 59, 68) eingreift.
Exzenterhebel (10) einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zwei Hebelarme aufweisenden Hebelteil (33) und einem an seinen Enden mit zueinander beabstandeten Seitenteilen (54, 55) dieses Hebelteils (33) verbundenen Exzenterkörper (8) besteht, wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung (9) ausgebildete Exzenterkörper (8) über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge (7) eines Pleuels (1) einsetzbar ist und über einen in die Kolbenbolzenbohrung (9) einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge (7) und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt und wobei jedes der Seitenteile (34, 35, 54, 55) zur drehfesten Verbindung mittels einer Schweißverbindung stoffschlüssig am Exzenterkörper (8) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Seitenteile (34, 35, 54, 55) durch einen spanlosen Biegeprozess aus einem einzigen Blechsteifen hergestellt und am Ende eines der Hebelarme über einen in der gleichen vertikalen Ebene wie die Seitenteile (34, 35, 54, 55) verlaufenden Steg (36) miteinander verbunden sind.
Exzenterhebel (10) einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zwei Hebelarme aufweisenden Hebelteil (33) und einem an seinen Enden jeweils mit zueinander beabstandeten Seitenteilen (54, 55) dieses Hebelteils (33) verbundenen Exzenterkörper (8) besteht, wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung (9) ausgebildete Exzenterkörper (8) über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge (7) eines Pleuels (1) einsetzbar ist und über einen in die Kolbenbolzenbohrung (9) einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge (7) und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Hebelarme (53) aus separat hergestellten Seitenteilen (64, 55) besteht, wobei das jeweilige Seitenteil (54, 55) an seinem dem Exzenterkörper (8) zugewandten Ende (56, 57) durch eine Schweißverbindung stoffschlüssig am Exzenterkörper (8) befestigt ist.
Exzenterhebel nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Seitenteile (34, 35, 54, 55) durch einen spanlosen Biegeprozess aus einem einzigen Blechsteifen hergestellt und am Ende eines der Hebelarme über einen in der gleichen vertikalen Ebene wie die Seitenteile (34, 35, 54, 55) verlaufenden Steg (36) miteinander verbunden sind, so dass sich ein U-förmiger Verlauf der Seitenteile (34, 35, 54, 55) und des zwischen diesen liegenden Stegs (36) ergibt.
Exzenterhebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen- und/oder Außenverzahnungen (41, 42, 43, 44, 58, 59, 68) zumindest teilweise als reibungserhöhende Klemmverzahnungen ausgebildet sind.
Exzenterhebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenverzahnung (44) des Exzenterkörpers (8) im Wesentlichen über die gesamte Länge des Exzenterkörpers (8) erstreckt und dass in einem zwischen den Seitenteilen (45 und 49) des Hebelteils (33) liegenden Bereich eine mit einer Innenverzahnung versehene Hülse (47) angeordnet ist, die in die Außenverzahnung (44) eingreift.
Exzenterhebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile über zumindest eine Brücke (51, 52) miteinander verbunden sind, wobei die zumindest eine Brücke (51, 52) einteilig mit den Seitenteilen (45 und 49) ausgebildet ist und vom jeweiligen oberen Rand der Seitenteile (45 und 49) ausgeht.
Exzenterhebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (60 und 61) des zweiarmigen Hebelteils (33) an Enden ihrer Hebelarme von Klammern (62 und 63) übergriffen sind.
Exzenterhebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Seitenteile (66, 67) des zweiarmigen Hebelteils (33) über zumindest einen Passstift (69, 70) am Exzenterkörper (8) fixiert ist, wobei der Passstift (69, 70) in radialen Bohrungen des Exzenterkörpers (8) und einer Nabe des jeweiligen Seitenteils (66, 67) angeordnet ist.
Pleuel (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, an welchem ein Abstand zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt eines Pleuellagerauges (5) und eines Kolbenbolzenlagers (9) wenigstens zweistufig verstellbar ist, mit zwei hydraulischen Stützzylindern (20 und 21), die jeweils einen mit einer Kolbenstange (13 und 14) gelenkig verbundenen Stellkolben (15 und 16) aufnehmen, wobei von den Stellkolben (15 und 16) abgewandte Enden der Kolbenstangen (13 und 14) gelenkig mit einem der Enden eines Exzenterhebels (10) verbunden sind, der als zweiarmiger Hebel an einem in einem Pleuelauge (7) schwenkbar geführten, das Kolbenbolzenlager (9) aufnehmenden Exzenterkörper (8) befestigt ist, gekennzeichnet durch einen Exzenterhebel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.