AT16767U1 - Längenverstellbare Pleuelstange mit Dichtungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Verbrennungsmotor mit einer Längenverstelleinrichtung zum Verstellen einer Wirklänge der Pleuelstange (1), wobei die Längenverstelleinrichtung einen Teleskopmechanismus (20) mit einer Zylinder-Kolben-Einheit aufweist und die Zylinder-Kolben- Einheit Bauteile (8, 9, 10, 11) umfasst, die mindestens eine Druckkammer (13, 14) ausbilden und die mindestens eine Druckkammer (13, 14) mit mindestens einer Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) abgedichtet ist. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) und ein Verfahren zum Herstellen dieser Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) bereitzustellen, das die Montage vereinfacht und mit dem eine höhere Festigkeit der Pleuelstange (1) erzielt werden kann. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) an eines der die mindestens eine Druckkammer (13, 14) ausbildenden Bauteile (8, 9, 10, 11) angespritzt ist.

Description

Beschreibung

LÄNGENVERSTELLBARE PLEUELSTANGE MIT DICHTUNGSEINRICHTUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit einer Längenverstelleinrichtung zum Verstellen einer Wirklänge der Pleuelstange, wobei die Längenverstelleinrichtung einen Teleskopmechanismus mit einer ZylinderKolben-Einheit aufweist und die Zylinder-Kolben-Einheit Bauteile umfasst, die mindestens eine Druckkammer ausbilden und die mindestens eine Druckkammer mit mindestens einer Dichtungseinrichtung abgedichtet ist.

[0002] Bei Verbrennungsmotoren mit Hubkolben gibt es Bestrebungen, das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs zu verändern und auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors anzupassen, um so den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern. Der thermische Wirkungsgrad n von Ottomotoren ist abhängig vom Verdichtungsverhältnis €, d.h. dem Verhältnis vom Gesamtvolumen vor der Verdichtung zum Kompressionsvolumen (€ = (Hubvolumen Vy + Kompressionsvolumen V.) / Kompressionsvolumen V.). Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu. Die Zunahme des thermischen Wirkungsgrades über das Verdichtungsverhältnis ist degressiv, allerdings im Bereich heute üblicher Werte (z=10...14) noch relativ stark ausgeprägt.

[0003] In der Praxis kann das Verdichtungsverhältnis nicht beliebig gesteigert werden. Beispielsweise führt ein zu hohes Verdichtungsverhältnis bei Ottomotoren zum Klopfen. Hierbei entzündet sich das Gemisch durch die Druck- und Temperaturerhöhung bei der Verdichtung und nicht durch den Zündfunken. Diese frühzeitige Verbrennung führt nicht nur zu unruhigem Lauf, sondern kann Bauteilschäden verursachen. Das Verdichtungsverhältnis, ab dem Klopfen eintritt, ist u.a. vom Betriebspunkt (n, T, Drosselklappenstellung) des Motors abhängig. Im Teillastbereich ist eine höhere Verdichtung möglich. Daher gibt es die Bestrebung, das Verdichtungsverhältnis dem jeweiligen Betriebspunkt anzupassen. Dazu gibt es verschiedene Entwicklungsansätze.

[0004] So kann das Verdichtungsverhältnis durch eine Änderung der Wirklänge der Pleuelstange verstellt werden. Die Wirklänge der Pleuelstange, d. h. der Abstand zwischen der Mittelachse des Kolbenbolzens und der Mittelachse des Kurbelwellenzapfens, beeinflusst das Kompressionsvolumen. Das Hubvolumen ist durch die Position des Kurbelwellenzapfens und die Zylinderbohrung vorgegeben. Eine kurze Wirklänge der Pleuelstange führt daher zu einem geringeren Verdichtungsverhältnis als eine lange Wirklänge der Pleuelstange bei ansonsten gleichen geometrischen Abmessungen (Kurbelwelle, Zylinderkopf, Ventilsteuerung etc.).

[0005] Es ist bekannt, die Wirklänge der Pleuelstange hydraulisch zwischen z.B. zwei Stellungen zu variieren. Dabei kann die gesamte Pleuelstange mehrteilig ausgebildet sein, wobei die Wirklängenänderung in einem ersten Konzept durch einen Teleskopmechanismus erfolgt. Die Funktionsweise wird im Folgenden kurz erläutert.

[0006] Die Pleuelstange beinhaltet einen doppelwirkenden Hydraulikzylinder. Das kleine Pleuelauge (Kolbenbolzen) ist mit einer Kolbenstange verbunden. Der Kolben ist axial verschiebbar in einem Zylinder geführt, der in dem Pleuelteil mit dem großen Pleuelauge (Kurbelwellenzapfen) angeordnet ist. Der Kolben trennt den Zylinder in zwei Kammern (obere und untere Druckkammer). Die beiden Kammern werden über Zulaufrückschlagventile mit Motoröl versorgt. Ist die Pleuelstange in der langen Position, befindet sich kein Ol in der oberen Druckkammer. Die untere Druckkammer hingegen ist vollständig mit Ol gefüllt. Während des Betriebs wird die Pleuelstange aufgrund der Gas- und Massenkräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der Langstellung wird eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit einem oberen Anschlag des Kolbens aufgenommen. Die Pleuellänge ändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf die ölgefüllte untere Kammer übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den OÖlrücklauf unterbindet, steigt der Oldruck an. Die Pleuellänge ändert sich nicht. Die Pleuelstange ist in dieser Richtung hydraulisch gesperrt. In der

Kurzstellung drehen sich die Verhältnisse um. Die untere Kammer ist leer, die obere ist mit Öl gefüllt. Eine Zugkraft bewirkt einen Druckanstieg in der oberen Kammer. Eine Druckkraft wird durch einen mechanischen Anschlag aufgenommen. Die Abdichtung der Kammern erfolgt über Dichtungseinrichtungen, die üblicherweise zwischen Kolben und Zylinder angebracht sind. Zusätzlich wird die Kolbenstange an ihrem Austritt aus dem Zylinder, üblicherweise ist dieser Austritt in einem Verschlusselement realisiert, abgedichtet.

[0007] Die Pleuellänge kann zweistufig verstellt werden, indem eine der beiden Kammern entleert wird. Hierbei wird jeweils eines der beiden Zulaufrückschlagventile durch einen zugeordneten Rücklaufkanal überbrückt. Durch diesen Rücklaufkanal kann Öl fließen, unabhängig von der Druckdifferenz zwischen der Druckkammer und dem Versorgungsteil. Das jeweilige Rückschlagventil verliert also seine Wirkung. Die beiden Rücklaufkanäle werden durch ein Steuerventil geöffnet oder geschlossen, wobei immer genau ein Rücklaufkanal offen ist, der andere geschlossen. Der Aktuator zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hydraulisch durch den Versorgungsdruck angesteuert. Die Olversorgung erfolgt durch die Schmierung des Pleuellagers. Die Schaltung erfolgt durch gezieltes Entleeren einer der beiden Druckkammern unter Ausnutzung der an der Pleuelstange wirkenden Massen- und Gaskräfte, wobei die jeweils andere Druckkammer durch einen Zulauf-Rückschlagventil mit Ol versorgt und hydraulisch gesperrt wird.

[0008] Die in einem Verbrennungsmotor von einer Pleuelstange zu übertragenden Kräfte sind beträchtlich, weshalb auch die Drücke in den Druckkammern der Zylinder-Kolben-Einheit erheblich sein können. Durch die auftretenden Beschleunigungskräfte werden Oszillationen des Kolbens im Zylinder erzeugt. Angesichts der hohen Innendrücke bei einer Zylinder-KolbenEinheit ist die Dauerfestigkeit der verwendeten Werkstoffe problematisch, aber auch die Konstruktion der Komponenten in Hinblick auf den geringen Bauraum. Dies gilt insbesondere auch für die Dichtungseinrichtung. Diese muss auch die Anforderungen durch den expandierend oszillierenden Kolben verkraften.

[0009] Ein weiterer Aspekt einer längenverstellbaren Pleuelstange mit einer Zylinder-KolbenEinheit für den Einsatz in einem Verbrennungsmotor ist, dass die Längenverstelleinrichtung üblicherweise von dem Motoröl des Verbrennungsmotors gespeist wird, dessen Viskosität nicht nur mit der Betriebstemperatur, sondern auch mit zunehmender Betriebsdauer abnimmt und mit dem schädliche Partikel in die Längenverstelleinrichtung der Pleuelstange eingetragen werden. Neben Rußpartikeln, die bei der Verbrennung im Motor entstehen können, werden über das Motoröl auch Gussrestpartikel oder Späne aus der Herstellung und Bearbeitung des Motors transportiert. Unabhängig von einer Viskositätsabnahme des Motoröls sowie den durch das Motoröl in die Längenverstelleinrichtung transportierten Partikeln, muss die Längenverstelleinrichtung auf Dauer funktionsfähig bleiben.

[0010] Im Hinblick auf die extremen Druckdifferenzen in den Druckkammern einer Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange von deutlich über 1000 bar und dem Einfluss der Kraftübertragung über die Pleuelstange an die Kurbelwelle auf die Leistung des Verbrennungsmotors ist eine gute Abdichtung der Druckkammern daher essenziell. Eine Leckage aus der jeweils gesperrten Druckkammer führt zu einem Einrücken des Verstellkolbens in die jeweilige Druckkammer, wodurch ein Arbeitsbetrag entsprechend der Kraft auf den Verstellkolben und dem Weg des Verstellkolbens dissipiert wird, was zu einem Leistungsverlust des Verbrennungsmotors führt. Dieser Leistungsverlust ist entsprechend den jeweiligen Konstruktionen der Zylinder-Kolben-Einheiten von dem verbesserten thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors durch das variable Verdichtungsverhältnis abzuziehen. Es ist bereits bekannt, berührende Dichtungen oder auch Spaltdichtungen einzusetzen.

[0011] In der DE 10 2016 120 967 A1 wird beschrieben, dass die Dichtungseinrichtung der Druckkammern mindestens zwei Kolbendichtungen umfasst, wobei jede Kolbendichtung in einer separaten an der Außenwandung des Verstellkolbens ausgebildeten umlaufenden Kolbennut angeordnet ist und mit der Innenwandung der Zylinderbohrung in Gleitkontakt steht.

[0012] Durch die nebeneinanderliegenden Nuten im Verstellkolben wird die Montage der Dich-

tungseinrichtungen, gerade bei einem komplexeren Aufbau der Dichtungseinrichtungen, erschwert.

[0013] Neben der Teleskopierung einer Pleuelstange, die zu einer tatsächlichen Längenveränderung führt, kann die Wirklängenveränderung in einem weiteren Konzept auch durch die Verwendung eines Exzenters, bevorzugt am kleinen Pleuelauge, bewirkt werden. Ein solcher Exzenter kann ebenfalls über einen Teleskopmechanismus mit einer Zylinder-Kolben-Einheit verstellt werden.

[0014] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine längenverstellbare Pleuelstange bereitzustellen, die zu Montageerleichterungen führt und den oben beschriebenen Betriebsbedingungen standhält.

[0015] Die oben beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mindestens eine Dichtungseinrichtung an eines der die mindestens eine Druckkammer ausbildenden Bauteile angespritzt ist. Dadurch wird die Montage der Dichtungseinrichtung erleichtert, insbesondere bei Durchmesserunterschieden, langen Montagestrecken, etc. Wie oben beschrieben, können die Bauteile der Zylinder-Kolben-Einheit auch zwei Druckkammern, also eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer, ausbilden, wobei dann an jeder der Druckkammern mindestens eine Dichtungseinrichtung vorgesehen ist und diese Dichtungseinrichtung wie beschrieben an eines der die Druckkammern ausbildenden Bauteile angespritzt ist. Die beschriebene Zylinder-Kolben-Einheit dient insbesondere zur Verstellung der Wirklänge, z.B. durch teleskopierbares Verschieben entlang der Pleuellängsachse oder durch Bewegen eines Exzenters, der beispielsweise einen Kolbenbolzen aufnimmt. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Längenverstellbarkeit auf die Abstandsveränderung zwischen den Pleuelaugen bezieht, fällt also auch die Exzenterlösung unter die Erfindung.

[0016] Bevorzugt umfassen die die mindestens eine Druckkammer ausbildenden Bauteile eine Zylinderbohrung, einen in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordneten, mit einer Kolbenstange verbundenen Verstellkolben und ein die Zylinderbohrung verschließendes Verschlusselement. Das Verschlusselement weist einen Durchgang für die Kolbenstange auf, in dem die Kolbenstange längs beweglich aufgenommen ist. An mindestens eines dieser Bauteile ist eine angespritzte Dichtungseinrichtung vorgesehen. Vor allem wenn die Zylinder-KolbenEinheit zwei Druckkammern aufweist, eine erste und eine zweite Druckkammer, sind an mehreren dieser Bauteile Dichtungseinrichtungen angespritzt. Insbesondere kann im Bereich des Durchgangs des Verschlusselements eine Dichtungseinrichtung zwischen dem Verschlusselement und der Kolbenstange vorgesehen sein. Dadurch wird eine sichere Abdichtung aller Druckkammern ermöglicht.

[0017] Ein sicherer Halt und ein einfaches Anspritzen wird ermöglicht, wenn der Verstellkolben oder die Zylinderbohrung mindestens eine umlaufende Nut aufweist, an die die mindestens eine Dichtungseinrichtung angespritzt und/oder anspritzbar ist. Bevorzugt wird die Nut am Verstellkolben vorgesehen, da dort eine geringere Bauteilschwächung auftritt. Ist an dem Verschlusselement im Bereich des Durchgangs für die Kolbenstelle ebenfalls eine Dichtungseinrichtung angespritzt, so ist bevorzugt auch in dem Verschlusselement oder in der Kolbenstange eine Nut vorgesehen, in die die Dichtung angespritzt wird. Ublicherweise ist am Verschlusselement mehr Material vorhanden als an der Kolbenstange, sodass bei einer Anbringung der Nut und damit auch der Dichtungseinrichtung am Verschlusselement eine geringere Bauteilschwächung auftritt. Bevorzugt kann ein Haftverbund zwischen der Dichtungseinrichtung und dem Verstellkolben oder der Zylinderbohrung oder dem Verschlusselement oder der Kolbenstange vorgesehen sein. Dies kann zum Beispiel durch die Verwendung eines Haftvermittlers oder durch die Behandlung der Oberfläche des Verstellkolbens oder der Zylinderbohrung im Bereich der Nut erreicht werden. Dadurch können eventuelle Relativvewegungen und die damit verbundenen Verschleißerscheinungen zwischen der Dichtungseinrichtung und dem Verstellkolben bzw. der Zylinderbohrung reduziert werden.

[0018] In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass an dem Verstellkolben oder an der Zylinderbohrung zwei beabstandet zueinander angeordnete angespritzte Dich-

tungseinrichtungen vorgesehen sind. In diesem Fall können auch zwei Nuten an dem Verstellkolben oder an der Zylinderbohrung vorgesehen sein, in die die Dichtungseinrichtung in angespritzt sind. Dies verringert den Druckabfall, der bedingt durch die extrem hohen Systemdrücke über jede der Kolbendichtungen abgebaut werden muss und reduziert entsprechend die Gefahr des Eintrags von Partikeln aus dem Motoröl in die Zylinder-Kolben-Einheit und vermeidet dementsprechend eine Beschädigung der Dichtungsoberflächen durch diese Partikel.

[0019] Ferner kann vorgesehen sein, dass der Verstellkolben einstückig mit der Kolbenstange verbunden ist. Es hat sich gezeigt, dass gerade eine Verbindungsstelle im Bereich des Verstellkolbens und der Kolbenstange im Betrieb zu Festigkeitsproblemen führen kann. Eine solche Verbindungsstelle ist insbesondere nötig, um die Montage von Dichtungseinrichtungen zu erleichtern. Durch das Anspritzen der Dichtungseinrichtung auf den Verstellkolben kann auf eine solche Verbindungsstelle verzichtet werden und die Festigkeit des Gesamtsystems wird erhöht. In noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Verstellkolben und die Kolbenstange einstückig mit einem Pleuelauge ausgebildet sind. Wie bereits beschrieben, können solche Trennstellen, gerade im Bereich der Kolbenstange, potentielle Schwachstellen sein. Durch die einteilige Ausgestaltung von Verstellkolben, Kolbenstange und Pleuelauge wird somit eine höhere Festigkeit erreicht.

[0020] Es kann auch vorgesehen sein, dass die mindestens eine Dichtungseinrichtung keilförmige Einlegeteile aufweist. Dadurch wird eine verbesserte Expansion der Dichtung bei starker Druckbelastung erreicht.

[0021] In noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Verstellkolben und die Kolbenstange einstückig mit einem Pleuelauge ausgebildet sind. Wie bereits beschrieben, können solche Trennstellen, gerade im Bereich der Kolbenstange, potentielle Schwachstellen sein. Durch die einteilige Ausgestaltung von Verstellkolben, Kolbenstange und Pleuelauge wird somit eine höhere Festigkeit erreicht.

[0022] Vorteilhafterweise kann die mindestens eine Dichteinrichtung als Ringkörper mit statischen Dichtlippen und Abstreifbereichen ausgebildet sein. Dadurch wird eine verbesserte Dichtwirkung erzielt und der Eintrag von Partikeln in die Druckkammern vermieden, sodass der Verschleiß reduziert wird.

[0023] Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Anbringen von mindestens einer Dichtungseinrichtung an einem Bauteil eines Teleskopmechanismus einer wie oben beschriebenen längenverstellbaren Pleuelstange.

[0024] Hier besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zur Herstellung einer eine längenverstellbare Pleuelstange bereitzustellen, bei dem die Montage erleichtert wird und dennoch die gewünschte Festigkeit erhalten wird.

[0025] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die folgenden Schritte gelöst:

[0026] - Bereitstellen des Bauteils in einer Spritzvorrichtung zum Anspritzen eines Dichtmaterials, wobei das Bauteil an der Position, an der die Dichtungseinrichtung angebracht werden soll, in Bezug auf mindestens eine Spritzdüse der Spritzvorrichtung ausgerichtet ist,

[0027] - Ausbilden der Dichtungseinrichtung durch Anspritzen von Dichtmaterial mit der Spritzdüse an dem Bauteil.

[0028] Durch dieses Verfahren können Dichtungseinrichtungen einfach auf vorgefertigten Bauteilen, die auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen können, aufgebracht werden. Bei den Bauteilen, an die das Dichtmaterial zur Ausbildung der Dichtungseinrichtung angespritzt wird, handelt es sich bevorzugt um einen Verstellkolben, eine Kolbenstange, eine Zylinderbohrung oder ein Verschlusselement für eine Zylinder-Kolben-Einheit eines Teleskopmechanismus einer längenverstellbaren Pleuelstange. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es ferner einfach möglich, weitere Elemente, zum Beispiel Verstärkungselemente, in die Dichtungseinrichtungen einzubetten.

[0029] In einer Variante des Verfahrens kann vorgesehen werden, dass das Bauteil vor dem Anspritzen des Dichtmaterials mit einer umlaufenden Nut versehen wird und das Dichtmaterial in die Nut eingespritzt wird. Dadurch wird eine einfache Anbringung des Dichtmaterials und ein sicherer Halt der Dichtungseinrichtung an dem Bauteil erzielt.

[0030] Es kann auch vorgesehen werden, dass das Bauteil oder die mindestens eine Spritzdüse während des Anspritzens des Dichtmaterials und 360° um die Längsachse des Bauteils gedreht wird. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag des Dichtungsmaterials um den gesamten Umfang des Bauteils ermöglicht. Es muss darauf geachtet werden, dass der Übergang am Startpunkt und am Endpunkt der Materialauftragung geschlossen ist, um eine funktionsfähige Dichtung zu erhalten.

[0031] Ab einer bestimmten Dicke der Dichtungseinrichtung kann es vorteilhaft sein, dass das Bauteil oder die mindestens eine Spritzdüse während des Anspritzens des Dichtmaterials mehrfach um 360° um die Längsachse des Bauteils gedreht wird, bis die gewünschte Dicke der Dichtungseinrichtung erreicht ist. Die gewünschte Dicke der Dichtungseinrichtung ist dann leicht einstellbar.

[0032] Um eine gute Abdichtung der Druckkammern des Teleskopmechanismus zu erzielen kann vorgesehen sein, dass das Bauteil einen Verstellkolben umfasst und die Dichtungseinrichtung an den Verstellkolben angespritzt wird.

[0033] In noch einer weiteren Variante kann vorgesehen werden, dass zwei beanstandet zueinander angeordnete Nuten in den Verstellkolben eingebracht werden und an jede der Nuten eine Dichtungseinrichtung angespritzt wird. Bei dieser Variante kann vorgesehen sein, dass die Zuführung des flüssigen Dichtmaterials über eine gemeinsame Vorrichtung mit zwei Spritzdüsen erfolgt. Es werden dann zwei Dichtungen aus demselben Material erzeugt. Es kann aber auch vorgesehen werden, dass die Spritzgießvorrichtung zwei separate Düsen umfasst. In diesem Fall kann durch die beiden separaten Düsen unterschiedliches Material aufgebracht werden, sodass die Ausbildung von zwei Dichtungseinrichtungen aus unterschiedlichen Materialien ermöglicht wird.

[0034] Ferner kann vorgesehen sein, dass das Bauteil eine einstückig mit dem Verstellkolben verbundene Kolbenstange umfasst und die Kolbenstange verschiebbar in einem hülsenförmigen Verschlusselement angeordnet ist und an das Verschlusselement oder die Kolbenstange eine weitere Dichtungseinrichtung angespritzt wird. In diesem Fall wird auch die Abdichtung des Teleskopmechanismus nach außen, durch das Verschlusselement des Zylinders, im Spritzgießverfahren an die Teleskopeinrichtung angespritzt.

[0035] Um das Spritzgießverfahren weiter zu vereinfachen, kann vorgesehen sein, dass das hülsenförmige Verschlusselement an seiner Innenseite eine umlaufende Nut aufweist, die über mindestens eine Öffnung mit der Außenseite des Verschlusselements verbunden ist und das Dichtmaterial über die Öffnung an der Außenseite in die Nut eingespritzt wird. Um eine gleichmäßige Befüllung der Nut um den Umfang des hülsenförmigen Verschlusselements und damit eine gleichmäßige Dicke der Dichtungseinrichtung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei derartige Öffnungen, vorzugsweise mindestens vier derartige Öffnungen vorgesehen sind.

[0036] In einer besonders einfachen Variante kann vorgesehen sein, dass die Kolbenstange bei dem Anspritzen der weiteren Dichtungseinrichtung in das hülsenförmige Verschlusselement eingeführt ist. Dabei wird die Form für die Dichtungseinrichtung durch die Kolbenstange und das Verschlusselement ausgebildet, es ist keine weitere Form notwendig.

[0037] Es kann aber auch vorgesehen werden, dass die Kolbenstange bei dem Einspritzen des Dichtmaterials in die Nut des hülsenförmigen Verschlusselements nicht in das Verschlusselement eingeführt ist. In dem Fall muss die Kolbenstange nachträglich montiert werden.

[0038] In noch einer weiteren Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass das hülsenförmiges Verschlusselement an seiner Innenseite eine umlaufende Nut aufweist und das Dichtmate-

rial von innen an die Nut angespritzt wird. Dabei kann wieder eine Spritzdüse in das hülsenförmige Verschlusselement eingeführt werden und entweder das hülsenförmige Verschlusselement oder die Spritzdüse müssen um 360° um die Längsachse des hülsenförmigen Verschlusselements gedreht werden, um einen gleichmäßigen Materialauftrag zu ermöglichen. Es muss dabei sichergestellt werden, dass der Startpunkt und der Endpunkt der Einspritzung derart ausgebildet sind, dass ein sicheres Verschließen der Dichtungseinrichtung erzielt wird.

[0039] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

[0040] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer längenverstellbaren Pleuelstange, teilweise im Schnitt,

[0041] Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Spritzgießvorrichtung zum Erzeugen der Dichtungseinrichtungen am Verstellkolben der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1,

[0042] Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Spritzgießvorrichtung zum Erzeugen der Dichtungseinrichtung an einem Verschlusselement der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1,

[0043] Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Variante einer Spritzgießvorrichtung zum Erzeugen der Dichtungseinrichtung an einem Verschlusselement der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1, und

[0044] Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante einer Spritzgießvorrichtung zum Erzeugen der Dichtungseinrichtung an einem Verschlusselement der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1.

[0045] In Fig. 1 ist eine längenverstellbare Pleuelstange 1 schematisch dargestellt. Die längenverstellbare Pleuelstange 1 umfasst einen Teleskopmechanismus 20 zum Verstellen einer Wirklänge der Pleuelstange 1. Dazu weist die längenverstellbare Pleuelstange 1 ein oberes Stangenteil 2 und ein unteres Stangenteil 3 auf. Am oberen Ende des oberen Stangenteils 2 ist ein kleines Pleuelauge 4 ausgebildet. Das untere Stangenteil 3 ist mit einer unteren Lagerschale 5 verbunden, die zusammen mit dem unteren Bereich des unteren Stangenteils 4 das große Pleuelauge 6 umgibt. Die untere Lagerschale 5 und der obere Bereich des unteren Stangenteils 3 werden in üblicher Weise mittels Befestigungsmitteln 7 miteinander verbunden. Das untere Ende des oberen Stangenteils 2 ist als eine Kolbenstange 11 mit einem Verstellkolben 8 ausgebildet. Der Verstellkolben 8 ist in einer Zylinderbohrung 9 längs verschiebbar geführt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das obere Stangenteil 2 mit dem kleinen Pleuelauge 4, der Kolbenstange 11 und dem Verstellkolben 8 einstückig ausgebildet, weist also keine Verbindungs- oder Fügestellen auf. Dadurch weist das obere Stangenteil 2 eine hohe Festigkeit auf.

[0046] Die Zylinderbohrung 9 ist im unteren Stangenteil 3 ausgebildet. Zwischen dem oberen Stangenteil 2 und dem unteren Stangenteil 3 ist eine Verdrehsicherung 21 ausgebildet. Im dargestellten Fall ist als Verdrehsicherung 21 ein Stift 21.1 vorgesehen, der in einer Bohrung 21.2, 21.3 angeordnet ist, die sich mit einem ersten Bohrungsabschnitt 21.2 durch das obere Stangenteil 2 erstreckt und mit einem zweiten Bohrungsabschnitt 21.3 in das untere Stangenteil 3 hineinragt und dort endet.

[0047] Am oberen Ende der Zylinderbohrung 9 ist ein Verschlusselement 10 angeordnet, durch das die Kolbenstange 11 des oberen Stangenteils 2 hindurchgeführt und abgedichtet ist. Das Verschlusselement 10 kann ein- oder mehrstückig ausgeführt sein, um je nach Ausführung des oberen Stangenteils 2 zu Beginn oder einem späteren Zeitpunkt aufgebracht zu werden. Die Abdichtung erfolgt mittels einer zwischen dem Verschlusselement 10 und der Kolbenstange 11 des oberen Stangenteils 2 angeordneten ersten Dichtungseinrichtung 12. Dazu ist in dem Verschlusselement 10 eine erste Nut 17 vorgesehen, in der die erste Dichtungseinrichtung 12 angebracht ist. Die Dichtungseinrichtung 12 ist an die Nut 17 angespritzt.

[0048] Unterhalb des Verstellkolbens 8 ist eine erste Druckkammer 13 von kreisförmigem Quer-

schnitt gebildet und oberhalb des Verstellkolbens 8 ist eine kreisringförmige zweite Druckkammer 14 gebildet. An dem Verstellkolben 8 sind eine zweite Dichtungseinrichtung 15 und eine dritte Dichtungseinrichtung 16 ausgebildet. Dazu weist der Verstellkolben 8 eine zweite Nut 18 auf, in der die zweite Dichtungseinrichtung 15 angeordnet ist und eine dritte Nut 19, in der die dritte Dichtungseinrichtung 16 angeordnet ist. Die zweite Nut 18 und die dritte Nut 19 und damit auch die zweite Dichtungseinrichtung 15 und die dritte Dichtungseinrichtung 16 sind beabstandet zueinander angeordnet und dichten die erste Druckkammer 13 und die zweite Druckkammer 14 gegeneinander ab. Die zweite Dichtungseinrichtung 15 ist an die zweite Nut 18 angespritzt. Die dritte Dichtungseinrichtung 16 ist an die dritte Nut 19 angespritzt. Dadurch, dass die Dichtungseinrichtungen 12, 15, 16 an das jeweilige Bauteil, das heißt das Verschlusselement 10 und den Verstellkolben 8 angespritzt sind, ist keine aufwändige Montage über einen längeren Montageweg mehr nötig. Zudem kann dadurch das obere Stangenteil 2 einstückig ausgebildet sein, mit den damit verbundenen Festigkeitsvorteilen.

[0049] Die Dichtungseinrichtungen 12, 15, 16 werden so ausgelegt, dass sie die benötigte Vorspannung erhalten. Zudem können in den Dichtungseinrichtungen 12, 15, 16 keilförmige Einlegeteile 27 (siehe z.B. Fig. 2, wo beispielhaft an einer Stelle ein derartiger Einlegeteil dargestellt ist) enthalten sein, die von Dichtmaterial umgeben sind. Vorzugsweise sind die Dichtungseinrichtungen als Ringkörper mit statischen Dichtlippen und Abstreifbereichen ausgebildet. Als Materialien für die Dichtungen kommen thermoplastische Elastomere, mit und ohne Faserverstärkung, Elastomere, mit und ohne Faserverstärkung, Thermoplaste, mit und ohne Faserverstärkung, zum Einsatz.

[0050] Wie bereits beschrieben, sind der Verstellkolben 8 und die Kolbenbohrung 9 Bestandteil eines Verstellmechanismus zur Veränderung der Wirklänge der Pleuelstange. Zu dem Verstellmechanismus gehört auch eine hydraulische Ansteuerschaltung (nicht dargestellt), die entsprechend für einen Zu- bzw. Ablauf eines Hydraulikfluids in bzw. aus den Druckkammern 13 und 14 und somit eine Bewegung des Verstellkolbens 8 sorgt oder den Verstellkolben 8 arretiert und somit in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors die entsprechende Wirklänge der Pleuelstange 1 einstellt.

[0051] Anhand der Figuren 2 bis 5 werden nun im Folgenden Verfahren zum Anspritzen der Dichtungseinrichtungen 12, 15, 16 an das jeweilige Bauteil, also an das Verschlusselement 10 bzw. an den Verstellkolben 8 beschrieben.

[0052] Anhand der Fig. 2 wird ein Verfahren zum Anspritzen der zweiten und dritten Dichtungseinrichtungen 15, 16 an den Verstellkolben 8 beschrieben. In Fig. 2 ist nur ein Teil des oberen Stangenteils 2, nämlich der Verstellkolben 8 und ein Stückchen der Kolbenstange 11 dargestellt. In dem Verstellkolben 8 sind die zwei umlaufenden Nuten 18, 19 ausgebildet. Die Dichtungseinrichtungen werden mithilfe von Spritzdüsen 23 in die Nuten 18, 19 eingespritzt. Dazu werden die Spritzdüsen 23 an die entsprechenden Nut 18, 19 angesetzt und das Dichtmaterial über einen Kanal 24 angespritzt. Um eine gleichmäßige Schichtdicke zu erhalten kann vorgesehen werden, dass entweder die Spritzdüsen 23 oder der Verstellkolben 8 um 360° um die Längsachse L des Bauteils, also des Verstellkolbens 8, gedreht werden. Sollte für das Auftragen einer Dichtungseinrichtung mit einer gewünschten Dicke eine Umrundung nicht ausreichen, so werden entweder die Spritzdüsen oder der Kolben mehrfach um 360° gedreht, sodass das Dichtmaterial in mehreren Schichten aufgetragen wird.

[0053] Wie bereits beschrieben, ist in Fig. 2, oben dargestellt, dass die beiden Spritzdüsen 23 über einen Kanal 24 mit dem geschmolzenen Dichtmaterial versorgt werden. Es wäre aber auch möglich, wie in Fig. 2 unten dargestellt, zwei separate Spritzdüsen 23‘ vorzusehen, die jeweils mit einem separaten Kanal 24‘ verbunden sind. So können auch zwei verschiedene Materialien gleichzeitig aufgetragen werden.

[0054] Ferner ist auch möglich, dass an einem Verstellkolben nur eine Dichtungseinrichtung angespritzt wird. In diesem Fall ist in dem Verstellkolben selbstverständlich nur eine Nut vorgesehen, die dann entsprechend mit nur einer Spritzdüse in Kontakt gebracht wird, über die flüssiges Dichtmaterial in die Nut eingespritzt wird.

[0055] Fig. 3 zeigt ein Verfahren zum Einspritzen der ersten Dichtungseinrichtung 12, d.h. der Stangendichtung, die für die Abdichtung zwischen der Kolbenstange und dem Verschlusselement 10 sorgt. An der Innenwandung 25 des Verschlusselements 10 ist die umlaufende Nut 17 ausgebildet. An der Nut 17 sind Bohrungen 26 angebracht, die Nut 17 mit der Außenwandung des Verschlusselement 10 verbinden. Zum Anspritzen der ersten Dichtungseinrichtung 12 wird an mindestens eine der Bohrungen 26 eine Spritzdüse 23“ angesetzt, über die flüssiges Dichtmaterial in die Nut 17 eingespritzt wird. Vorzugsweise wird an jeder der Bohrungen 26 eine solche Spritzdüse angesetzt. Dadurch ist eine gleichmäßige Ausbildung der Dichtungseinrichtung um den Umfang des Verschlusselements möglich.

[0056] In Fig. 3 ist die Kolbenstange 11 während des Anspritzens der Dichtungseinrichtung nicht in dem Verschlusselement 10 angeordnet. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann die Kolbenstange 11 während des Einspritzen in dem Verschlusselement 10 angeordnet sein. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Verteilung des Dichtmaterials während des Einspritzens ermöglicht und die Montage der Kolbenstange erleichtert, da sie nicht auf die fertige Dichtungseinrichtung aufgeschoben werden muss. Das Verschlusselement 10 weist wieder die umlaufende Nut 17 auf, die mit Bohrungen 26 versehen ist, die an die Außenseite des Verschlusselement 10 führen. Die Bohrungen 26 werden über die Spritzdüsen 23“ mit flüssigem Dichtmaterial versorgt, sodass die erste Dichtungseinrichtung 12 an die Nut 17 angespritzt wird.

[0057] Auch bei den in Fig. 3 und 4 gezeigten Verfahren zum Anspritzen der ersten Dichtungseinrichtung 12 an das Verschlusselement 10 kann wieder vorgesehen werden, die Spritzdüsen oder das Verschlusselement um 360° um die Längsachse L des Bauteils, also des Verschlusselements, zu drehen. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass der Ubergang am Start- und Endpunkt übereinstimmt, so dass eine geschlossene Dichtung erzeugt wird. Sollte für das Auftragen der Dichtungseinrichtung mit der gewünschten Dicke eine Umrundung nicht reichen, so wird wie bereits beschrieben, die Dichtungseinrichtung über mehrere Umdrehungen in mehreren Schichten aufgetragen.

[0058] In den Figuren 3 und 4 wird das flüssige Dichtmaterial für die erste Dichtungseinrichtung 12 zwischen Kolbenstange 8 und dem Verschlusselement 10 von außen angespritzt. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wäre es auch möglich, die Dichtungseinrichtung 12 von innen in das Verschlusselement 10 einzuspritzen. Dafür wird die mit einem Kanal 24“ verbundene Spritzdüse 23“ Innen In das Verschlusselement 10 eingeführt und an die umlaufende Nut 1 angesetzt. In diesem Fall ist das Verschlusselement 10 selbstverständlich nicht auf die Kolbenstange 11 aufgebracht. Über den Kanal 24“ wird nur flüssiges Dichtmaterial zur Spritzdüse 23“ zugeführt und an die umlaufende Nut 17 angespritzt. Vorzugsweise können entweder das Verschlusselement 10 oder die Spritzdüse 23‘ dabei um 360° um die Längsachse des Verschlusselements 10 gedreht werden. Auch hier ist wieder darauf zu achten, dass der Start- und Endpunkt aufeinander abgestimmt werden, sodass eine geschlossene Dichtungseinrichtung erzielt wird. In diesem Fall muss die Kolbenstange nach dem Anspritzen des Dichtungsmaterials in das Verschlusselement eingebracht werden.

[0059] Es kann vorgesehen werden, dass zumindest im Bereich der Nuten im Verstellkolben und im Verschlusselement, an die die Dichtungseinrichtung angespritzt werden, ein Haftverbund zwischen der Dichtungseinrichtung und dem jeweiligen Bauteil erzielt wird. Dies kann zum einen durch die Verwendung eines Haftvermittlers oder auch durch die Behandlung der Oberfläche der Nuten des Verstellkolbens oder des Verschlusselements erreicht werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 längenverstellbare Pleuelstange 2 oberes Stangenteil

3 unteres Stangenteil

4 kleines Pleuelauge

5 untere Lagerschale

6 großes Pleuelauge

7 Befestigungsmittel

8 Verstellkolben

9 Zylinderbohrung

10 Verschlusselement

11 Kolbenstange

12 erste Dichtungseinrichtung 13 erste Druckkammer

14 zweite Druckkammer

15 zweite Dichtungseinrichtung 16 dritte Dichtungseinrichtung 17 erste Nut

18 zweite Nut

19 dritte Nut

20 Teleskopmechanismus

21 Verdrehsicherung

21.1 Stift

21.2 erster Bohrungsabschnitt 21.3 zweiter Bohrungsabschnitt 23, 23°, 23“, 23“ Spritzdüse

24, 24‘, 24“ Kanal

25 Innenwandung

26 Bohrung

27 keilförmiger Einlegeteil

L Längsachse

Claims (15)

Ansprüche

1. Längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Verbrennungsmotor mit einer Längenverstelleinrichtung zum Verstellen einer Wirklänge der Pleuelstange (1), wobei die Längenverstelleinrichtung einen Teleskopmechanismus (20) mit einer Zylinder-Kolben-Einheit aufweist und die Zylinder-Kolben-Einheit Bauteile (8, 9, 10, 11) umfasst, die mindestens eine Druckkammer (13; 14) ausbilden und die mindestens eine Druckkammer (13, 14) mit mindestens einer Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) an eines der die mindestens eine Druckkammer (13, 14) ausbildenden Bauteile (8, 9, 10, 11) angespritzt ist.

2. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die mindestens eine Druckkammer (13, 14) ausbildenden Bauteile eine Zylinderbohrung (9), einen in der Zylinderbohrung (9) längs bewegbar angeordneten, mit einer Kolbenstange (11) verbundenen Verstellkolben (8) und ein die Zylinderbohrung (9) verschließendes Verschlusselement (10) mit einem Durchgang für die Kolbenstange (11) umfassen und dass an mindestens einem dieser Bauteile eine angespritzte Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) vorgesehen ist.

3. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellkolben (8) oder die Zylinderbohrung mindestens eine umlaufende Nut (18, 19) aufweist, an die die mindestens eine Dichtungseinrichtung (15, 16) angespritzt und/oder anspritzbar ist.

4. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verstellkolben (8) oder an der Zylinderbohrung zwei beabstandet zueinander angeordnete angespritzte Dichtungseinrichtungen (15, 16) vorgesehen sind.

5. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellkolben (8) einstückig mit der Kolbenstange (11) verbunden ist.

6. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) keilförmige Einlegeteile (27) aufweist.

7. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichtungseinrichtung als Ringkörper mit statischen Dichtlippen und/oder Abstreifbereichen ausgebildet ist.

8. Verfahren zum Anbringen von mindestens einer Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) an ei-

nem Bauteil (8, 10) eines Teleskopmechanismus einer längenverstellbaren Pleuelstange

(1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Bereitstellen des Bauteils (8, 10) in einer Spritzvorrichtung zum Anspritzen eines Dichtmaterials, wobei das Bauteil (8, 10) an der Position, an der die Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) angebracht werden soll, in Bezug auf mindestens eine Spritzdüse (23, 23°, 23“, 23‘) der Spritzvorrichtung ausgerichtet ist,

- Ausbilden der Dichtungseinrichtung (12, 15, 16) durch Anspritzen von Dichtmaterial mit der Spritzdüse (23, 23‘, 23“, 23‘) an dem Bauteil.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (8, 10) vor dem Anspritzen des Dichtmaterials mit einer umlaufenden Nut (17, 18, 19) versehen wird und das Dichtmaterial an die Nut (17, 18, 19) angespritzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (8, 10) oder die mindestens eine Spritzdüse (23, 23‘, 23“, 23‘) während des Anspritzens des Dichtmaterials um 360° um die Längsachse (L) des Bauteils gedreht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil einen Verstellkolben (8) umfasst und die mindestens eine Dichtungseinrichtung (15, 16) an den Verstellkolben (8) angespritzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine einstückig mit dem Verstellkolben (8) verbundene Kolbenstange (11) umfasst und die Kolbenstange (11) verschiebbar in einem hülsenförmigen Verschlusselement (10) angeordnet ist und an das Verschlusselement (10) oder die Kolbenstange eine weitere Dichtungseinrichtung (12) angespritzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Verschlusselement (10) an seiner Innenseite eine umlaufende Nut (17) aufweist, die über mindestens eine Öffnung (26) mit der Außenseite des Verschlusselements (10) verbunden ist und das Dichtmaterial über die Öffnung (26) an der Außenseite in die Nut (17) eingespritzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) beim Anspritzen der weiteren Dichtungseinrichtung (12) in das hülsenförmige Verschlusselement (10) eingeführt ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Verschlusselement (10) an seiner Innenseite eine umlaufende Nut (17) aufweist und das Dichtmaterial von innen an die Nut (17) angespritzt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen