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Die Erfindung betrifft eine zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors ausgebildete Stelleinrichtung, welche ein Gehäuse aufweist, in dem mindestens zwei miteinander kämmende Zahnräder gelagert sind.
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Ein Hubkolbenmotor mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis ist beispielsweise aus der
WO 2007/057149 A1 bekannt. Ein Querhebel dieses Hubkolbenmotors ist an drei Stellen gelenkig mit weiteren Komponenten des Kurbeltriebs des Motors gekoppelt. Hierbei handelt es sich um Verbindungen zu einem Nebenpleuel, einem Hubzapfen einer Kurbelwelle, sowie einem Pleuel. Der an einem Kolben der Brennkraftmaschine angelenkte Pleuel ist also mit der Kurbelwelle nicht direkt, sondern über den Querhebel gekoppelt.
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Eine Exzenter-Verstellung in einem Kurbeltrieb einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung ist des Weiteren in der
EP 1 154 134 A2 offenbart. Weitere Beispiele von Mechanismen, die die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von Hubkolbenbrennkraftmaschinen ermöglichen, sind zum Beispiel in der
EP 1 307 642 B1 beschrieben.
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Die
DE 10 2013 216 182 A1 offenbart eine Verstelleinrichtung für Brennkraftmaschinen, welche zur Nockenwellenverstellung oder zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses nutzbar ist. Diese Vorrichtung weist in einer möglichen Ausführungsform eine Lebensdauerfettfüllung auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stelleinrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich schmierungstechnischer Eigenschaften weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Stelleinrichtung weist ein Getriebe mit mindestens zwei miteinander kämmenden, in einem Gehäuse angeordneten Zahnrädern auf. Eine zur Schmiermittelversorgung dieser Zahnräder vorgesehene Ölzuführung umfasst einen Ringkanal sowie ein dem Ringkanal – in Strömungsrichtung des Schmiermittels betrachtet – nachgeschaltetes Filterelement. Das Filterelement ist somit zwischen dem Ringkanal und dem zur schmierenden Kontaktbereich, welcher zwischen den beiden Zahnrädern gebildet ist, angeordnet. Die gekrümmte Form des zur Zuführung von Schmiermittel, insbesondere Öl, vorgesehenen Kanals, das heißt Ringkanals, ermöglicht eine Anpassung der Geometrie dieses Kanals an mindestens eines der Zahnräder sowie an das Gehäuse, so dass der Ringkanal raumsparend in die Stelleinrichtung integrierbar ist. Das Schmiermittel kann, da das Filterelement – in Fließrichtung des Schmiermittels betrachtet – hinter dem Ringkanal angeordnet ist, widerstandsarm in den Ringkanal einströmen. Vorzugsweise ist die Stelle, an welcher das Schmiermittel in den Ringkanal einströmt, geodätisch tiefer angeordnet als diejenige Stelle, an der das Schmiermittel aus dem Ringkanal austritt, um in das Filterelement und weiter zur den zu schmierenden Zahnrädern zu gelangen.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass Stelleinrichtungen, mit welchen das Verdichtungsverhältnis eines Hubkolbenmotors verstellbar ist, indem beispielsweise die Kurbelwelle selbst oder eine Exzenterwelle verstellt wird, vorteilhafterweise als hochuntersetzte Getriebe ausgebildet sind. Im Vergleich zur Kurbelwellendrehzahl des Hubkolbenmotors weist eine Ausgangswelle eines solchen hochuntersetzten Getriebes nur eine geringe Drehzahl auf. Dies kann zur Folge haben, dass Schmiermittel, welches von einem Zahnrad aus einem Schmiermittelsumpf mitgenommen wird, im Vergleich zu einem Getriebe mit schneller rotierenden Zahnrädern nur zu einem vergleichsweise geringen Anteil in höher liegende Bereiche des Getriebes gefördert wird.
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Dieser Besonderheit langsam drehender Stellgetriebe wird gemäß der Erfindung dadurch Rechnung getragen, dass die Ölzuführung aus einer Kombination von Filterelement und vorgeschaltetem Ringkanal zusammengesetzt ist, wobei der Ringkanal vorzugsweise konzentrisch zu mindestens einem der zu schmierenden Zahnräder angeordnet ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung beschreibt der Ringkanal einen aus zwei Bögen zusammengesetzten Kreis, wobei sich jeder Bogen über mehr als 90° erstreckt. Insbesondere können eine Ölübergabestelle, welche zum Zufluss von Schmiermittel in den Ringkanal vorgesehen ist, und ein Ölzulauf, welcher zum Zulauf von Schmiermittel aus dem Ringkanal in das Filterelement vorgesehen ist, asymmetrisch angeordnet sein, so dass ein erster gekrümmter Abschnitt des Ringkanals einen Bogen bildet, der sich über einen Winkel α von mehr als 90° erstreckt, während sich der zweite Abschnitt des Ringkanals über einen Winkel von 360° minus α erstreckt. Im Extremfall erstrecken sich beide Schmiermittelzuführungskanäle über 180°, so dass der gesamte Ringkanal durch die Ölübergabestelle und den dieser Stelle in Strömungsrichtung des Schmiermittels nachgeschalteten Ölzulauf mittig geteilt ist.
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Der Ölzulauf am Ringkanal, das heißt die Schnittstelle, an welcher Schmiermittel vom Ringkanal zum Filterelement fließt, ist vorzugsweise am geodätisch höchsten Punkt des Ringkanals angeordnet. Von diesem Punkt aus fließt das Schmiermittel durch die Schwerkraft sowie durch die Bewegung der Zahnräder zu einem unterhalb der Zahnräder angeordneten Ölablauf. Dessen Querschnitt, das heißt der Ablaufquerschnitt, ist in bevorzugter Ausgestaltung mindestens dreimal so groß wie der Querschnitt der Ölübergabestelle. Der Höhenunterschied zwischen der der Ölübergabestelle und dem Ölablauf ist vorzugsweise geringer als der Höhenunterschied zwischen dem Ölzulauf und der Ölübergabestelle.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Ringkanal durch eine Wandung des Gehäuses begrenzt, während das Filterelement in eine Öffnung in der Wandung des Gehäuses der Stelleinrichtung eingesetzt und somit platzsparend in die Gehäusewandung integriert ist. Diese Anordnung ermöglicht ein einfaches Einsetzen des Filterelementes von außen in die Wandung des Gehäuses. Eine Abdichtung des Ringkanals, welcher am Außenumfang des Gehäuses, optional in einer umlaufenden Nut, gebildet ist, ist beispielsweise durch zwei die Gehäusewandung ringförmig umgebende Dichtringe realisierbar. Diese Dichtringe stellen, sofern die Stelleinrichtung in ein Verbrennungsmotorgehäuse eingesetzt ist, eine Abdichtung des Ringkanals zum Verbrennungsmotorgehäuse hin dar.
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Dem Filterelement ist eine Öleinleitestelle nachgeschaltet, welche als Öldüse gestaltbar ist. Diese Öldüse kann in einem Zahngrund eines der Zahnräder enden. Alternativ kann die Öldüse neben den zu schmierenden Verzahnungen enden, wobei sie zu den Rotationsachsen der Zahnräder oder zur gemeinsamen Rotationsachse beider Zahnräder schräggestellt ist.
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Die zu schmierende Zahnradpaarung kann aus zwei Zahnrädern gebildet sein, von welchen eines nachgiebig und das andere in sich starr ist. Dies ist insbesondere bei einem Wellgetriebe der Fall. Hierbei ist das starre Zahnrad vorzugsweise drehfest im Gehäuse angeordnet.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise schematisiert:
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1 in einer schematisierten Darstellung eine Stelleinrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors,
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2 ein Detail aus 1,
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3 und 4 verschiedene Varianten von Öldüsen einer Stelleinrichtung,
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5 in einer Prinzipdarstellung Merkmale einer Ölzuführung einer weiteren Stelleinrichtung in einem Hubkolbenmotor.
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Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf alle Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine in 1 grob schematisiert dargestellte Stelleinrichtung 1 ist zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors, nämlich eines Ottomotors, vorgesehen. Die Stelleinrichtung 1 ist in ein Verbrennungsmotorgehäuse 2 des Hubkolbenmotors eingebaut. Eine Ausgangswelle 3 der Stelleinrichtung 1 ist mit einer Exzenterwelle drehfest verbunden oder identisch. An die Exzenterwelle ist ein Nebenpleuel des Kurbeltriebs des Hubkolbenmotors angelenkt. Hinsichtlich der grundsätzlichen Funktion der Stelleinrichtung 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Die Stelleinrichtung 1 ist elektrisch angetrieben und umfasst ein Wellgetriebe 4 als Stellgetriebe. Ein Gehäuse 5 der Stelleinrichtung 1 weist eine zylindrische Grundform auf. In dem Gehäuse 5 befinden sich zwei miteinander kämmende Zahnräder 6, 7 als Getriebeelemente des Wellgetriebes 4. Beim Zahnrad 6 handelt es sich um ein in sich starres, gehäusefestes Zahnrad mit einer Innenverzahnung 8. In die Innenverzahnung 8 greift eine Außenverzahnung 9 des zweiten Getriebeelementes 7 ein. Im Gegensatz zum ersten Zahnrad 6 ist das zweite Zahnrad 7 signifikant nachgiebig, wobei es beim Betrieb des Wellgetriebes 4 permanent durch einen nicht dargestellten, ebenfalls der Stelleinrichtung 1 zuzurechnenden Wellgenerator verformt wird. Die Außenverzahnung 9 greift lediglich an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen in die Innenverzahnung 8 ein. Diese Eingriffsbereiche zwischen den Verzahnungen 8, 9 werden bei einer vollen Umdrehung einer den Wellgenerator antreibenden Stellwelle ebenfalls über einen Winkel von 360° mitgenommen. Durch eine geringfügig abweichende Zähnezahl zwischen der Innenverzahnung 8 einerseits und der Außenverzahnung 9 andererseits kommt es hierbei zu einer geringfügigen Verdrehung der beiden Zahnräder 6, 7, so dass das Wellgetriebe 4 ein hochuntersetztes Getriebe darstellt. Die Ausgangswelle 3 kann drehfest mit dem außenverzahnten Zahnrad 7 verbunden sein, wobei das Zahnrad 7 in diesem Fall als Flextopf ausgebildet ist.
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Im Vergleich zur Umfangsgeschwindigkeit, mit welcher die Kontaktbereiche zwischen den Zahnrädern 6, 7 wandern, rotiert das innere, nachgiebige Zahnrad 7 lediglich mit sehr geringer Geschwindigkeit, während das äußere, starre Zahnrad 6 in keinem Betriebszustand rotiert.
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Die Schmierung der Stelleinrichtung 1 erfolgt mit Hilfe einer Ölzuführung, welche einen Ringkanal 10 und ein Filterelement 11 umfasst. Der Ringkanal 10 ist ringförmig um die zylindrische Außenwandung des Gehäuses 5 gelegt und durch Dichtringe 12, 13 gegenüber dem Verbrennungsmotorgehäuse 2 abgedichtet. Eine Ölübergabestelle, an welcher Schmiermittel, nämlich Öl, von einer Bohrung im Verbrennungsmotorgehäuse 2 in den Ringkanal 10 fließt, ist mit 14 bezeichnet.
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Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 ist die Ölübergabestelle 14 durch eine zylindrische Bohrung im Verbrennungsmotorgehäuse 2 gebildet, welche direkt auf das Filterelement 11 zu gerichtet ist. Das Filterelement 11 befindet sich hierbei an der geodätisch höchsten Stelle des umlaufenen Ringkanals 10. Somit gelangt das Schmiermittel auf einem äußerst kurzen Weg von der Ölübergabestelle 14 über einen sehr kurzen Abschnitt des Ringkanals 10 zum Filterelement 11. Darüber hinaus verteilt sich das Öl beim Betrieb der Stelleinrichtung 1 über den gesamten Ringkanal 10. Die Stelle des Ringkanals 10, an welcher Öl aus diesem aus- und in das Filterelement 11 einströmt, ist als Ölzulauf 15 bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 fallen Ölübergabestelle 14 und Ölzulauf 15 annähernd zusammen, wobei Schmiermittel, welches dem Wellgetriebe 4 zugeleitet wird, zumindest auf einem kurzen, radialen Weg den Ringkanal 10 passieren muss.
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Im Unterschied hierzu sind im Ausführungsbeispiel nach 5 Ölübergabestelle 14 und Ölzulauf 15 wesentlich weiter voneinander beabstandet. Zwischen der Ölübergabestelle 14 und dem Ölzulauf 15 beschreibt der Ringkanal 10 einen Bogen, welcher sich über einen Winkel α von mehr als 90° erstreckt. Die Ölübergabestelle 14 liegt hierbei näher am geodätisch tiefsten Punkt des Ringkanals 10 als am geodätisch höchsten Punkt des Ringkanals 10, wobei sich am letztgenannten Punkt der Ölzulauf 15 befindet.
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Hinsichtlich der Lage des Ölzulaufs 15 besteht somit Übereinstimmung zwischen dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 und dem Ausführungsbeispiel nach 5. In beiden Fällen fließt das Öl vom Filterelement 11 aus zu einer Öleinleitestelle 16, welche als Öldüse ausgebildet ist.
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Verschiedene Varianten von Öldüsen 16, welche sowohl in der Stelleinrichtung 1 gemäß 1 und 2 als auch in der Stelleinrichtung 1 gemäß 5 verwendbar sind, sind in den 3 und 4 skizziert. Hierbei entspricht die Öldüse 16 gemäß 3 der in 2 dargestellten Bauform. Die Öldüse 16 endet dabei in einem mit 17 bezeichneten Zahngrund der Innenverzahnung 8 des starren Zahnrades 6.
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Im Unterschied zur exakt radialen Ausrichtung der Öldüse 16 gemäß 3 ist die Öldüse 16 gemäß 4 gegenüber der gemeinsamen Rotationsachse der Zahnräder 6, 7 schräg gestellt. Die schräg gestellte Öldüse 16 endet am Innenumfang des Zahnrades 6 neben der Innenverzahnung 8, wobei durch die Schrägstellung sichergestellt ist, dass Öl direkt in den Kontaktbereich zwischen den Verzahnungen 8, 9 gelangt.
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Von der nicht rotierbaren Öldüse 16 aus wird das Schmiermittel, nämlich Öl, in jeder Bauform der Stelleinrichtung 1 durch die Schwerkraft, unterstützt durch die Bewegung des Zahnrades 7 und gegebenenfalls weiterer Getriebeelemente, durch das Wellgetriebe 4 hindurch gefördert. Ein Ölablauf 18 im Verbrennungsmotorgehäuse 2 weist einen Ablaufquerschnitt auf, welcher mindestens dreimal so groß wie der Zulaufquerschnitt an der Ölübergabestelle 14 ist, an welcher das Schmiermittel als Drucköl in den Ringkanal 10 eingeleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stelleinrichtung
- 2
- Verbrennungsmotorgehäuse
- 3
- Ausgangswelle
- 4
- Wellgetriebe
- 5
- Gehäuse
- 6
- Zahnrad mit Innenverzahnung
- 7
- Zahnrad mit Außenverzahnung
- 8
- Innenverzahnung
- 9
- Außenverzahnung
- 10
- Ringkanal
- 11
- Filterelement
- 12
- Dichtring
- 13
- Dichtring
- 14
- Ölübergabestelle
- 15
- Ölzulauf
- 16
- Öleinleitestelle, Öldüse
- 17
- Zahngrund
- 18
- Ölablauf
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/057149 A1 [0002]
- EP 1154134 A2 [0003]
- EP 1307642 B1 [0003]
- DE 102013216182 A1 [0004]
