AT16800U1 - Schraubverbindung für längenverstellbare Pleuelstange mit unterschiedlicher Gewindesteigung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange (1) ein erstes Pleuelauge (7) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und ein zweites Pleuelauge (4) zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen in Längsrichtung (A) der Pleuelstange (1) mittels einer hydraulischen Steuereinrichtung (21) mit mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit (10) mit zumindest einem Zylinder (12) und zumindest einem Verstellkolben (9) einstellbar ist. Dabei sind der Verstellkolben (9) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) und das erste Pleuelauge (7) mittels zumindest einer Schraubverbindung (37, 38) verbunden, die ein erstes Gewinde (35) mit einer ersten Gewindesteigung und ein mit dem ersten Gewinde (35) zusammenwirkendes zweites Gewinde (36) mit einer zweiten unterschiedlichen Gewindesteigung aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Kolbenmotor mit einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange (1).

Description

Beschreibung

SCHRAUBVERBINDUNG FÜR LÄNGENVERSTELLBARE PLEUELSTANGE MIT UNTERSCHIEDLICHER GEWINDESTEIGUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange ein erstes Pleuelauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und ein zweites Pleuelauge zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen in Längsrichtung der Pleuelstange mittels einer hydraulischen Steuereinrichtung mit mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit mit zumindest einem Zylinder und zumindest einem Verstellkolben einstellbar ist, und wobei der Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit und das Pleuelauge mittels zumindest einer Schraubverbindung verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kolbenmotor mit einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange.

[0002] Bei Verbrennungsmotoren mit Hubkolben gibt es Bestrebungen, das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs zu verändern und auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors anzupassen, um den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern. Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu, jedoch kann ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstzündung des Kolbenmotors führen. Eine solche frühzeitige Verbrennung des Kraftstoffes führt nicht nur zu einem unruhigen Lauf und dem sogenannten Klopfen des Motors, sondern kann auch zu Bauteilschäden am Motor führen. Im Teillastbereich ist die Gefahr der Selbstzündung geringer, so dass ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich ist.

[0003] Zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses („variable compression ratio“ - VCR) existieren unterschiedliche Lösungen, mit denen die Lage des Hubzapfens der Kurbelwelle oder des Kolbenbolzens des Hubkolbens verändert oder die effektive Länge der Pleuelstange variiert wird. Hierbei gibt es jeweils Lösungen für eine kontinuierliche und diskontinuierliche Verstellung der Bauteile. Eine kontinuierliche Längenverstellung des Abstands zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen ermöglicht eine gleitende Einstellung des Verdichtungsverhältnisses auf den jeweiligen Betriebspunkt und damit einen optimalen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Demgegenüber ergeben sich bei einer diskontinuierlichen Verstellung der Pleuellänge mit wenigen Stufen konstruktive und betriebstechnische Vorteile, im Vergleich zu einem konventionellen Kolbenmotor wird trotzdem eine signifikante Verbesserung des Wirkungsgrades sowie entsprechende Einsparungen im Verbrauch und im Schadstoffausstoß ermöglicht.

[0004] Eine diskontinuierliche Verstellung des Verdichtungsverhältnisses für einen Kolbenmotor beschreibt die EP 1 426 584 A1, in der ein mit dem Kolbenbolzen des Hubkolbens verbundener Exzenter eine Anpassung des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht, wobei die Fixierung des Exzenters in den jeweiligen Endstellungen des Schwenkbereichs mittels einer mechanischen Arretierung erfolgt. Demgegenüber offenbart die DE 10 2005 055 199 A1 eine längenverstellbare Pleuelstange, mit der unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse realisiert werden können, wobei dabei ein Exzenter durch zwei Zylinder-Kolben-Einheiten und den hydraulischen Druckunterschied des zugeführten Motoröls in seiner Position fixiert wird. Auch wenn sich bei solchen Pleuelstangen mit Exzenter die tatsächliche Länge der Pleuelstange nicht verändert, so sind derartige wirklängenverstellbare Pleuelstangen auch von der erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange erfasst.

[0005] Die WO 2013/092364 A1 zeigt eine längenverstellbare Pleuelstange mit teleskopartig ineinander verschiebbaren Pleuelteilen, wobei ein erstes Pleuelteil einen mit dem Pleuelauge verpressten Verstellkolben und das zweite Pleuelteil einen Zylinder aufweist, in dem der Verstellkolben längsbeweglich angeordnet ist. Diese Zylinder-Kolben-Einheit wird über eine hydraulische Steuereinrichtung mit Motoröl versorgt, um die Länge der Pleuelstange zu verstellen.

[0006] Eine weitere teleskopartig längenverstellbare Pleuelstange beschreibt die WO 2015/ 055582 A2, wobei der im ersten Pleuelteil vorgesehene Verstellkolben den Zylinder in zwei Druck-

räume unterteilt, die von einer hydraulischen Steuereinrichtung mit Motoröl versorgt werden. Hier ist der Verstellkolben mittels einer sich durch den Verstellkolben erstreckenden Befestigungsschraube mit dem oberen Pleuelauge verbunden. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass die Kolbenstange zwischen Verstellkolben und Pleuelauge sehr massiv ausgebildet sein muss, um die Befestigungsschraube aufzunehmen.

[0007] Die hydraulische Steuereinrichtung der WO 2015/055582 A2 versorgt die beiden Druckräume der Zylinder-Kolben-Einheit über Rückschlagventile mit Motoröl, wobei sich jeweils nur in einer Druckkammer unter Druck stehendes Motoröl befindet. Ist die längenverstellbare Pleuelstange in der langen Position, befindet sich in der oberen Druckkammer kein Motoröl, während die untere Druckkammer vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Beim Betrieb wird das Pleuel aufgrund der Gas- und Massenkräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Stellung der Pleuelstange wird dann eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit dem oberen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen, während eine einwirkende Druckkraft über die Kolbenfläche auf die motorölgefüllte untere Druckkammer übertragen wird. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den Rücklauf des Motoröls unterbindet, steigt der Druck des Motoröls an, so dass der Verstellkolben in dieser Richtung hydraulisch gesperrt ist und die Pleuellänge unverändert bleibt. In der kurzen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange drehen sich die Verhältnisse in der Zylinder-Kolben-Einheit um. Die untere Druckkammer ist leer, während die obere Druckkammer mit Motoröl gefüllt ist. Entsprechend bewirkt eine Zugkraft einen Druckanstieg in der oberen Kammer und eine hydraulische Sperrung der längenverstellbaren Pleuelstange, während eine Druckkraft durch den mechanischen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen wird.

[0008] Bei diesem hydraulischen Verstellmechanismus einer längenverstellbaren Pleuelstange können aufgrund der im Betrieb auf die Pleuelstange wirkenden Massenkräfte und Gasdruckkräfte in den Druckräumen und auf den Verstellkolben sehr hohe Drücke entstehen. Daher werden im Stand der Technik am Verstellkolben qualitativ hochwertige umlaufende und damit einteilige Dichtungen eingesetzt, sowie eine Stangendichtung zur Abdichtung einer Kolbenstange und ein einteiliger Zylinderdeckel zur Abdichtung des Zylinders verwendet. Da im Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange in den Druckräumen sehr hohe dynamische Drücke von über 1000 bar entstehen können, ist sowohl die Auswahl der Kolben- und Stangendichtungen, als auch die dauerhafte Dichtwirkung im Betrieb von ausschlaggebender Bedeutung. Für diesen Anwendungsfall haben sich insbesondere einteilige Dichtungen bewährt, da sie keine Trennstellen aufweisen, in welchen das Motoröl in radialer oder axialer Richtung die Dichtungsanordnung überwinden kann. Entsprechend werden die Dichtungen und Bauteile üblicherweise vor dem Zusammenbau des ersten Pleuelteils auf der Kolbenstange bzw. auf dem Verstellkolben angeordnet und erst anschließend wird der Verstellkolben mit dem Pleuelauge verbunden. Neben einem Verschrauben der Kolbenstange mit dem oberen Pleuelauge oder dem Verstellkolben ist auch ein entsprechendes Verpressen oder Verschweißen der Komponenten bekannt. Die DE 10 2017 110363 A1 beschreibt eine längenverstellbare Pleuelstange mit einem zunächst einteilig hergestellten ersten Pleuelteil, bei dem die Kolbenstange zwischen dem oberen Pleuelauge und dem Verstellkolben gebrochen wird, um die Kolben- und Stangendichtung, sowie den Zylinderdeckel aufzufädeln, und anschließend durch Schweißen wieder zusammengefügt wird.

[0009] Während das sogenannte Cracken und anschließende Verschweißen der beiden Teile an der Bruchstelle eine sehr sichere Verbindung zwischen dem Verstellkolben und dem ersten Pleuelauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens ermöglicht, besteht bei alternativen Press- oder Schraubverbindungen zwischen dem Verstellkolben und dem ersten Pleuelauge ein hohes Risiko eines Versagens dieser Verbindung, insbesondere im Hinblick auf einen dauerhaften Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange im Verbrennungsmotor und den dort wirkenden hohen Gasund Massenkräften. Demgegenüber weist das Cracken und Verschweißen der Kolbenstange die Nachteile hoher Herstellungskosten, der Notwendigkeit einer Nachbearbeitung und hohe Ausschusszahlen auf.

[0010] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Konstruktion, Herstellung und Funktion einer gattungsgemäßen längverstellbaren Pleuelstange zu verbessern.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schraubverbindung zwischen dem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit und dem ersten Pleuelauge ein erstes Gewinde mit einer ersten Gewindesteigung und ein mit dem ersten Gewinde zusammenwirkendes zweites Gewinde mit einer zweiten Gewindesteigung aufweist, wobei die erste Gewindesteigung gegenüber der zweiten Gewindesteigung unterschiedlich ist. Die unterschiedlichen Gewindesteigungen des ersten Gewindes, das z. B. als Innengewinde ausgeführt ist, und dem zweiten, z. B. als Außengewinde ausgeführten Gewinde der Schraubverbindung zwischen Verstellkolben und Pleuelauge, ermöglichen gegenüber einem herkömmlichen Feingewinde eine verbesserte Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Schraubverbindung.

[0012] Gerade bei der oszillierenden Belastung der Schraubverbindung durch die alternierenden Gas- und Massenkräfte einer erfindungsgemäßen Pleuelstange können herkömmliche Schraubensicherungen, z. B. eine Klebstoffsicherung, eine beschichtete Schraube oder eine Sicherungseinlage, das Lösen der Schraubverbindung nicht auf Dauer verhindern. Das Vorsehen unterschiedlicher Gewindesteigungen verbessert im Vergleich zu Regel- oder Feingewinden mit gleicher Gewindesteigung die dauerhafte Sicherung der Schraubverbindung. Darüber hinaus verteilt sich die Übertragung der axial wirkenden Zug- und Druckkräfte zwischen Verstellkolben und erstem Pleuelauge entlang der Schraubverbindung auf eine größere Anzahl von Gewindegängen, sodass größere Kräfte mit einem reduzierten Risiko eines Lösens der Schraubverbindung übertragen werden können. Im einfachsten Fall sind dabei die Gewindesteigungen des ersten und zweiten Gewindes konstant, aber unterschiedlich.

[0013] Eine vorteilhafte Ausbildung sieht vor, dass durch die unterschiedliche Gewindesteigung zwischen dem ersten Gewinde und dem zweiten Gewinde die Verteilung der axialen Vorspannkraft der Schraubverbindung über die miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge des ersten Gewindes und des zweiten Gewindes vergleichmäßigbar ist, wobei eine Streuungsabweichung (insbesondere nicht-empirische Streuungsabweichung der Verteilung der axialen Vorspannkraft über die miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge) mit unterschiedlicher Gewindesteigung kleiner als 40 %, bevorzug kleiner als 30 %, insbesondere kleiner als 25 % der Streuungsabweichung einer herkömmlichen Schraubverbindung mit gleicher Gewindesteigung der miteinander in Eingriff stehenden Gewindegängen ausgeführt ist. Dabei ergibt sich die Streuungsabweichung als Mittelwert der quadrierten Abweichungen aller miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge vom arithmetischen Mittelwert über die Gewindegänge. Hierzu müssen sowohl bei der herkömmlichen Schraubverbindung mit gleicher Gewindesteigung als auch bei einer Schraubverbindung mit unterschiedlicher Gewindesteigung die bei der Berechnung der Streuungsabweichung berücksichtigten Gewindegänge mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 20 % des Mittelwerts der axialen Vorspannkraft übertragen, um bei der nicht-empirischen Streuungsabweichung berücksichtigt zu werden und die Wirkung der erfindungsgemäßen Schraubverbindung eindeutig darzustellen. Bei einer herkömmlichen Schraubverbindung mit gleicher Gewindesteigung wird die axiale Vorspannkraft der miteinander in Eingriff stehenden Gewindegängen in einem erheblichen Maß am ersten oder den ersten beiden in Eingriff stehenden Gewindegängen übertragen. An den folgenden Gewindegängen nimmt der Anteil der axialen Vorspannkraft sehr deutlich ab. Während bei einem Regelgewinde der größte Anteil der axialen Vorspannkraft der Schraubverbindung bereits an dem ersten in Eingriff stehenden Gewindegang übertragen wird, verteilt sich der Hauptteil der axialen Vorspannkraft bei einem Feingewinde auf die ersten beiden Gewindegänge.

[0014] Unabhängig von der Art des Gewindes der herkömmlichen Schraubverbindung nimmt der Anteil der an den in Eingriff stehenden Gewindegängen übertragenen axialen Vorspannkraft an den folgenden Gewindegängen schnell ab, wodurch sich ein relativ hoher Unterschied in der axialen Vorspannkraft über die in Eingriff stehenden Gewindegänge ergibt. Demgegenüber verteilt sich bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung der Schraubverbindung zwischen dem Verstellkolben und dem ersten Pleuelauge die axiale Vorspannkraft der Schraubverbindung relativ gleichmäßig über die ersten fünf oder sechs in Eingriff stehenden Gewindegänge, mit einem deutlich geringeren Unterschied (Streuungsabweichung) der an den Gewindegängen der Schraubverbindung übertragenen axialen Vorspannkraft. Dies führt zum einen dazu, dass gerade die ersten

miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge einer geringeren Belastung der axialen Vorspannkraft ausgesetzt sind und der Hauptteil der axialen Vorspannkraft gleichmäßiger über eine deutlich größere Anzahl von Gewindegängen übertragen wird. Dies führt zu einem deutlich reduzierten Risiko einer Beschädigung oder eines Ausreißens der Schraubverbindung mit unterschiedlicher Gewindesteigung gegenüber einer herkömmlichen Schraubverbindung und gleichzeitig kann bei der Montage des Verstellkolbens mit dem ersten Pleuelauge eine deutlich höhere axiale Vorspannkraft aufgebracht werden.

[0015] Eine erhöhte axiale Vorspannkraft der Schraubverbindung führt nicht nur zu einer verbesserten Sicherung der Schraubverbindung, sondern reduziert auch das Risiko einer unbeabsichtigten Lösung der Schraubverbindung durch die wechselnde Belastung bei Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange.

[0016] Bevorzugt kann der Unterschied zwischen der ersten Gewindesteigung und der zweiten Gewindesteigung pro Gewindegang zwischen 0,3 und 0,6 um, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,45 um betragen. Zwar ist der Unterschied der Gewindesteigung der einzelnen Gewindegänge gegenüber den insbesondere bei einem Regelgewinde üblichen Toleranzen der Fertigung als gering zu bewerten, jedoch summieren sich die Unterschiede über die Anzahl der Gewindegänge der Schraubverbindung auf und führen so zu der verbesserten Sicherung der Schraubverbindung und der Vergleichmäßigung der axialen Vorspannkraft über die erfindungsgemäße Schraubverbindung.

[0017] Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass sich der Unterschied zwischen der ersten Gewindesteigung des ersten Gewindes und der zweiten Gewindesteigung des zweiten Gewindes in einer Längsrichtung der Pleuelstange kontinuierlich verändert. Der gleichmäßige Anstieg der Unterschiede zwischen der ersten Gewindesteigung und der zweiten Gewindesteigung verbessert die Vergleichmäßigung der axialen Vorspannkraft der Schraubverbindung über die miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge des ersten Gewindes und des zweiten Gewindes. Alternativ kann zumindest ein Gewinde eine Gewindesteigung aufweisen, die von Gewinde zu Gewinde eine andere Steigung aufweist, wodurch eine bessere Anpassung an eine größere Anzahl von miteinander in Eingriff stehenden Gewindegängen erreicht werden kann.

[0018] Eine sinnvolle Ausführungsform sieht vor, dass die Anzahl der miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge des ersten Gewindes und des zweiten Gewindes zwischen vier und zehn, bevorzugt zwischen fünf und acht, insbesondere sechs Gewindegänge beträgt. Die definierte Anzahl der miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge ermöglicht so neben der sicheren Verteilung der axialen Vorspannkraft der Schraubverbindung über die Gewindegänge auch eine sichere und komplikationslose Montage der Schraubverbindung zwischen Verstellkolben und erstem Pleuelauge. Dabei verhindert die Begrenzung der Anzahl der miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge in Abhängigkeit des Unterschieds zwischen der ersten und zweiten Gewindesteigung ein unbeabsichtigtes Verklemmen des ersten und zweiten Gewindes bei der Montage und in der Folge eine Beschädigung der Schraubverbindung.

[0019] Bevorzugt kann die Schraubverbindung mit unterschiedlicher Gewindesteigung sechs miteinander in Eingriff stehende Gewindegänge aufweisen, wobei der gesamte Unterschied zwischen der ersten Gewindesteigung und der zweiten Gewindesteigung entlang der Gewindegänge insgesamt 2,5 um beträgt. Eine solche Gewindepaarung ermöglicht nicht nur eine sichere Montage der erfindungsgemäßen Schraubverbindung, sondern verhindert auch gleichzeitig das Lösen dieser Schraubverbindung und ermöglicht eine sehr gleichmäßige Verteilung der axialen Vorspannkraft über die in Eingriff stehenden Gewindegänge mit einer sehr geringen Streuungsabweichung. Dabei verteilt sich die axiale Vorspannkraft dieser Schraubverbindung fast gleichmäßig über die ersten fünf miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge, sodass sich über diese ersten fünf Gewindegänge betrachtet die Streuungsabweichung der an den Gewindegängen wirkenden axialen Vorspannkraft gegenüber einer herkömmlichen Schraubverbindung auf unter 5 % der entsprechenden Streuungsabweichung der herkömmlichen Schraubverbindung reduziert.

[0020] Gerade im Hinblick auf die dauernde hohe und wechselnde Belastung einer längenverstellbaren Pleuelstange in einem Kolbenmotor eröffnet eine solche bevorzugte Schraubverbin-

dung eine sichere, feste und belastbare Verbindung zwischen Verstellkolben und erstem Pleuelauge.

[0021] Aus Vereinfachungsgründen kann eine den Verstellkolben und das erste Pleuelauge verbindende Kolbenstange vorgesehen sein, wobei die Kolbenstange das erste Gewinde aufweist, insbesondere ein Außengewinde, und der Verstellkolben und/oder das erste Pleuelauge das zweite Gewinde, insbesondere ein Innengewinde, aufweisen. Die Kolbenstange ermöglicht einen einfachen Aufbau des ersten Pleuelteils mit Verstellkolben und dem ersten Pleuelauge, wobei sich insbesondere ein Außengewinde einfach auf ein freies Ende bzw. die freien Enden der Kolbenstange aufbringen lässt und mit einer besonderen Gewindesteigung versehen lässt.

[0022] Für eine einfache und sichere Montage sowie eine dauerhafte Verbindung der Komponenten des ersten Pleuelteils kann das andere Ende der Kolbenstange fest mit dem jeweils anderen Teil verbunden oder einteilig ausgebildet sein. Die Ausbildung des mit der Kolbenstange verschraubten Verstellkolbens oder Pleuelauges mit einem Innengewinde ermöglicht einen relativen großen Kerndurchmesser der Schraubverbindung, und damit eine hohe Festigkeit.

[0023] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Zylinder-Kolben-Einheit zumindest einen Druckraum und die hydraulische Steuereinrichtung ein hydraulisches Steuerventil auf, wobei mit dem hydraulischen Steuerventil eine Fluidverbindung zwischen dem zumindest einen Druckraum und einem Motorölkreislauf des Kolbenmotors und/oder einer Umgebung der Pleuelstange freigebbar oder sperrbar ist. Günstigerweise weist das hydraulische Steuerventil einen Steuerzylinder, einem in dem Steuerzylinder verschiebbar geführten, mit Druck beaufschlagbaren Steuerschieber und mindestens zwei Ablassventile auf, wobei der Steuerschieber mindestens einen Steuerkolben mit mindestens einer Steuerdruckfläche aufweist, die einen Steuerdruckraum im Steuerzylinder begrenzt. Ein solches hydraulische Steuerventil ermöglicht neben der einfachen Konzeption auch eine sichere Funktion und exakte Steuerung der längenverstellbaren Pleuelstange.

[0024] Dabei kann dieses Konzept eines in dem Steuersystem verschiebbar geführten Steuerschiebers, die Anforderung an die Toleranzen der Bauteile des hydraulischen Steuerventils, sowie der Abdichtung des Steuerkolbens gegenüber dem Steuerzylinder gering halten. Bei einer stirnseitigen Anordnung des Steuerkolbens kann der Steuerzylinder als einfache Stufenbohrung und die Hydraulikmittelleitungen als einfache Bohrungen ausgebildet sein. Weiter ermöglicht ein stirnseitig angeordneter Steuerkolben eine eindeutige Trennung zwischen den Ablassventilen und dem Steuerdruckraum zur Betätigung und des Steuerschiebers. Für einen konstruktiv einfachen Aufbau des Steuerschiebers kann die dem Steuerdruck aussetzbare Steuerdruckfläche stirnseitig an dem Steuerkolben des Steuerschiebers angeordnet sein.

[0025] Ein Ausführungsbeispiel der längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass zwei Pleuelteile vorgesehen sind, wobei das erste Pleuelteil das erste Pleuelauge und das zweite Pleuelteil das zweite Pleuelauge aufweist, und wobei zur Verstellung des Abstands zwischen Kolbenbolzen und Kurbelwellenzapfen das erste Pleuelteil mittels der Zylinder-Kolben-Einheit relativ zum zweiten Pleuelteil bewegbar ist, bevorzugt teleskopierbar und/oder in Längsrichtung der Pleuelstange, um den Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und den Kurbelwellenzapfen zu verstellen. Im Gegensatz zu Pleuelstangen mit Exzentern, ermöglichen zwei in Längsrichtung der Pleuelstange zueinander bewegbare Pleuelteile einen stabilen Aufbau, einen größeren Verstellweg, sowie einen sicheren und dauerhaften Betrieb der beiden Pleuelstangen. Dabei kann für einen sehr robusten Aufbau der längenverstellbaren Pleuelstange und die Bereitstellung einfacher und kostengünstiger Pleuelteile im ersten Pleuelteil die Schraubverbindung das erste Pleuelauge mit dem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit verbinden, bevorzugt mittels einer Kolbenstange und das zweite Pleuelteil kann den Zylinder der Zylinder-Kolben-Einheit aufweisen. Dazu kann in dem Gehäuse des zweiten Pleuelteils neben der Zylinderbohrung oder einer Zylinderhülse auch die hydraulische Steuereinrichtung vorgesehen sein.

[0026] In einer alternativen Ausbildung kann eine weitere Schraubverbindung vorgesehen sein, mit einem ersten Gewinde mit einer ersten Gewindesteigung und einem zweiten Gewinde mit einer zweiten unterschiedlichen Gewindesteigung, wobei die weitere Schraubverbindung zur Befestigung eines Zylinderdeckels der Zylinder-Kolben-Einheit und/oder einer Lagerschale des

zweiten Pleuelauges, und/oder von Bauteilen der hydraulischen Steuereinrichtung vorgesehen ist, beispielsweise von Stopfen zum Verschluss der Hydraulikmittel-Bohrungen, von Ventil-Bohrungen und Steuerschieber-Bohrungen, sowie einer möglichen Verdrehsicherung. Auch bei diesen Komponenten der erfindungsgemäßen Pleuelstange verbessert die Schraubverbindung mit unterschiedlicher Gewindesteigung die Sicherung der Komponenten gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Schraubverbindung.

[0027] Im Gegensatz zu herkömmlichen Schraubensicherungen oder zum Einsatz von Feingewinden mit gleicher Gewindesteigung, wird über die unterschiedliche Gewindesteigung der beiden Gewinde der Schraubverbindung eine dauerhaft sichere Schraubverbindung realisiert. Dieses Konzept der weiteren Schraubverbindung mit unterschiedlicher Gewindesteigung zur Befestigung eines Zylinderdeckels, einer Lagerschale oder von Bauteilen der hydraulischen Steuereinrichtung könnte auch unabhängig der Schraubverbindung zwischen dem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit und dem ersten Pleuelauge Schutz genießen und selbstständig weiterverfolgt werden.

[0028] Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung einer längenverstellbaren Pleuelstange mit einer Schraubverbindung zwischen dem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit und dem ersten Pleuelauge in einem Kolbenmotor, wobei die Schraubverbindung ein erstes Gewinde mit einer ersten Gewindesteigung und ein zweites Gewinde mit einer zweiten Gewindesteigung aufweist, und die erste Gewindesteigung gegenüber der zweiten Gewindesteigung unterschiedlich ist. Diese Schraubverbindung zwischen dem Verstellkolben und dem ersten Pleuelauge, bzw. einer von diesen Komponenten ausgebildeten Kolbenstange, ermöglicht neben einer guten Sicherung der Schraubverbindung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen auch eine gleichmäßige Verteilung der axialen Vorspannkraft über die Gewindegänge der Schraubverbindung.

[0029] In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem in dem Motor-Zylinder bewegbaren Hupkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen.

[0030] Bevorzugt sind sämtliche Hubkolben des Kolbenmotors mit einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange ausgestattet und die hydraulische Steuereinrichtung mit der Motorölhydraulik des Kolbenmotors verbunden. Die Kraftstoffeinsparung eines solchen Kolbenmotors kann beträchtlich sein, wenn in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand das Verdichtungsverhältnis entsprechend eingestellt wird. Mittels der Schraubverbindung mit unterschiedlicher Gewindesteigung zwischen dem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit und dem ersten Pleuelauge zur Aufnahme des Kolbenbolzens des Hubkolbens, wird eine kostengünstige Herstellung und eine sichere Funktion der längenverstellbaren Pleuelstange ermöglicht.

[0031] Im Folgenden werden nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung an Hand beispielhafter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

[0032] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer teilweise freigeschnittenen erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange mit einer schematischen Darstellung des hydraulischen Steuerventils,

[0033] Fig. 2 eine Detailansicht des ersten Pleuelteils aus Fig. 1 mit einer ersten Schraubverbindung,

[0034] Fig. 3 eine Detailansicht des ersten Pleuelteils aus Fig. 2 mit einer anderen Schraubverbindung,

[0035] Fig. 4a eine Schnittansicht der Gewindegänge einer Schraubverbindung aus dem Stand der Technik,

[0036] Fig. 45 eine Schnittansicht der Gewindegänge der Schraubverbindung aus Fig. 2 und 3 und

[0037] Fig. 5 ein Diagramm der axialen Vorspannkraft über die Gewindegänge gemäß Fig. 4a und 4b.

[0038] Die in der schematischen Ansicht in Fig. 1 dargestellte längenverstellbare Pleuelstange 1 umfasst zwei teleskopierbar zueinander bewegbare Pleuelteile 2, 3. Das in der Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 in Fig. 1 unten angeordnete untere Pleuelteil 2 weist ein groBes Pleuelauge 4 auf, mit dem die längenverstellbare Pleuelstange 1 auf der Kurbelwelle (nicht gezeigt) eines Kolbenmotors gelagert ist. Dazu ist am unteren Pleuelteil 2 weiter eine Lagerschale 5 angeordnet, die zusammen mit dem ebenfalls lagerschalenartig ausgebildeten unteren Bereich der unteren Pleuelstange 2 das große Pleuelauge 4 ausbildet. Die Lagerschale 5 und das untere Pleuelteil 2 werden mittels Pleuelschrauben 34 miteinander verbunden.

[0039] Das obere Pleuelteil 3 weist einen Pleuelkopf 6 mit einem kleinen Pleuelauge 7 auf, das den Kolbenbolzen (nicht gezeigt) des Hubkolbens im Kolbenmotor aufnimmt. Der Pleuelkopf 6 ist mit einer Kolbenstange 8 und über die Kolbenstange 8 mit einem Verstellkolben 9 der hier als Zylinder-Kolben-Einheit 10 ausgebildeten Verstellvorrichtung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 verbunden. Dabei ist der Pleuelkopf 6 üblicherweise mit der Kolbenstange 8 verschraubt oder verschweißt, während der Verstellkolben 9 und die Kolbenstange 8 dann einteilig ausgebildet sein können. Dies ermöglicht vor einem Zusammenbau des oberen Pleuelteils 3 einen Zylinderdeckel 15 der Zylinder-Kolben-Einheit 10 und eine Stangendichtung 16 auf der Kolbenstange 8 sowie Kolbendichtungen 17, 18 an dem Verstellkolben 9 einfach und beschädigungsfrei anzuordnen.

[0040] Das obere Pleuelteil 3 ist über den Verstellkolben 9 teleskopierbar in dem unteren Pleuelteil 2 geführt, um den Abstand zwischen dem im kleinen Pleuelauge 7 aufgenommenen Kolbenbolzen des Hubkolbens und der in dem großen Pleuelauge 4 aufgenommenen Kurbelwelle des Kolbenmotors zu verstellen, um so das Verdichtungsverhältnis des Kolbenmotors an den jeweiligen Betriebszustand anzupassen. Dadurch ist es möglich, den Kolbenmotor im Teillastbereich mit einem höheren Verdichtungsverhältnis als unter Volllastbereich zu betreiben und so den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen.

[0041] In dem Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 ist im oberen Bereich ein Zylinder 12 ausgebildet, der als Zylinderbohrung oder Zylinderhülse in das Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 eingebracht ist. In dem Zylinder 12 ist der Verstellkolben 9 des oberen Pleuelteils 3 in Längsrichtung A der Pleuelstange 1 bewegbar angeordnet, um gemeinsam mit dem Zylinder 12 und dem Zylinderdeckel 15 die Zylinder-Kolben-Einheit 10 auszubilden. Der Verstellkolben 9 ist in Fig. 1 in einer Mittelstellung dargestellt, in der der Verstellkolben 9 den Zylinder 12 in zwei Druckräume 13 und 14 unterteilt. Die Kolbenstange 8 erstreckt sich von dem Verstellkolben 9 durch den oberen Druckraum 14 und den Zylinderdeckel 15 hindurch, der das Gehäuse 11 und den Zylinder 12 nach oben hin begrenzt. An dem Zylinderdeckel 15 ist die Stangendichtung 16 vorgesehen, die die Kolbenstange 8 umgibt und den oberen Druckraum 14 gegenüber der Umgebung abdichtet. Die beiden auf dem Verstellkolben 9 angeordneten Kolbendichtungen 17, 18 dichten den Verstellkolben 9 gegenüber dem Zylinder 12 und damit auch die Druckräume 13, 14 zueinander ab. Die Unterseite 19 des Zylinderdeckels 15 bildet einen oberen Anschlag aus, an dem der Verstellkolben 9 in der oberen Stellung, der langen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1, anliegt, während in der unteren Stellung (Kurzstellung) der längenverstellbaren Pleuelstange 1 der Verstellkolben 9 an dem vom Zylinderboden 20 ausgebildeten unteren Anschlag anliegt.

[0042] Mit einer hydraulischen Steuereinrichtung 21 ist der Abstand zwischen Kolbenbolzen und Kurbelwellenzapfen in Längsrichtung A der Pleuelstange 1 einstellbar. Im Folgenden wird anhand der in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Verschaltung der Steuereinrichtung 21 die Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit 10 mit Hydraulikmittel näher erläutert. Die beiden Druckräume 13, 14 sind jeweils über getrennte Hydraulikmittelleitungen 22, 23 und separate Rückschlagventile 24, 25 und einem gemeinsamen Ölversorgungskanal 26, der in dem großen Pleuelauge 4 mündet, mit dem Motorölkreislauf des Kolbenmotors verbunden. Die Rückschlagventile 24, 25 sind dabei in Richtung der Druckräume 13, 14 öffnend ausgeführt.

[0043] Ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in der langen Position, befindet sich im oberen

Druckraum 14 kein Motoröl, während der untere Druckraum 13 hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Während des Betriebs wird die Pleuelstange 1 aufgrund der Massen- und Gaskräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Stellung wird die Zugkraft durch den mechanischen Kontakt des Verstellkolbens 9 mit der Unterseite 19 des Zylinderdeckels 15 aufgenommen. Die Länge der Pleuelstange 1 verändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf den mit Motoröl gefüllten unteren Druckraum 13 übertragen. Da das dem unteren Druckraum 13 zugeordnete Rückschlagventil 25 ein Ausströmen des Motoröls verhindert, steigt der Druck des Motoröls stark an und verhindert eine Anderung der Pleuellänge. Dadurch ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in dieser Bewegungsrichtung hydraulisch gesperrt.

[0044] In der Kurzstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum 13 ist vollständig leer und eine Druckkraft wird durch den mechanischen Anschlag des Verstellkolbens 9 am Zylinderboden 20 aufgenommen, während der obere Druckraum 14 mit Motoröl gefüllt ist, so dass eine Zugkraft auf die längenverstellbare Pleuelstange 1 einen Druckanstieg im oberen Druckraum 14 verursacht und damit eine hydraulische Sperrung bewirkt.

[0045] Die Pleuellänge der hier dargestellten längenverstellbaren Pleuelstange 1 kann zweistufig verstellt werden, indem einer der beiden Druckräume 13, 14 entleert wird und der jeweils andere Druckraum 13, 14 mit Motoröl gefüllt wird. Hierzu wird von der hydraulischen Steuereinrichtung 21 jeweils eines der Rückschlagventile 24, 25 überbrückt, so dass das Motoröl aus dem bisher gefüllten Druckraum 13, 14 abfließen kann. Das jeweilige Rückschlagventil 24, 25 verliert so seine Wirkung. Dazu umfasst die hydraulische Steuereinrichtung 21 ein hydraulisches Steuerventil 27, hier ein 3/2-Wegeventil 27, dessen beiden schaltbaren Anschlüsse 30 jeweils über eine Drossel 28, 29 mit einer Hydraulikmittelleitung 22, 23 der Druckräume 13, 14 verbunden sind. Dabei ist ein erster Anschluss 30 dem unteren Druckraum 13 zugeordnet und ein zweiter Anschluss 30 dem oberen Druckraum 14.

[0046] Das 3/2-Wegeventil 27 wird über den Druck des Motoröls betätigt, der dem 3/2-Wegeventil 27 über eine mit dem Olversorgungskanal 26 verbundene Steuerdruckleitung 31 zugeführt wird. Die Rückstellung des 3/2-Wegeventils 27 erfolgt durch eine Rückstellfeder 32. Die beiden schaltbaren Anschlüsse 30 des 3/2-Wegeventils 27 sind mit einem Abströmkanal 33 verbunden, der das aus den Druckräumen 13, 14 abgeführte Motoröl an den Olversorgungskanal 26 abgibt, von wo aus es zur Befüllung des jeweils anderen Druckraums 14, 13 zur Verfügung steht und/oder über das große Pleuelauge 4 an den Motorölkreislauf des Kolbenmotors und/oder an die Umgebung abgegeben werden kann. In der in Fig. 1 dargestellten Vorzugslage des 3/2-Wegeventils 27 ist der obere Druckraum 14 geöffnet. Alternativ kann der Abströmkanal 33 das Motoröl direkt an die Umgebung abgeben.

[0047] Bei dem 3/2-Wegeventil 27 ist jeweils einer der schaltbaren Anschlüsse 30 geöffnet, so dass der zugehörige Druckraum 13, 14 geleert ist, während der andere Anschluss 30 geschlossen ist. Bei einer Veränderung der Schaltstellung des 3/2-Wegeventils 27, durch das Anliegen eines höheren Steuerdrucks über die Steuerdruckleitung 31 oder durch eine Rückstellung über die Rückstellfeder 32 bei einem abnehmenden Steuerdruck, wird der bisher geöffnete Anschluss 30 geschlossen und der bisher geschlossene Anschluss 30 geöffnet. Infolgedessen strömt aus dem bisher mit Motoröl gefüllten Druckraum 13, 14 das unter hohem Druck stehende Motoröl über die jeweilige Hydraulikmittelleitung 22, 23 sowie die zugehörige Drossel 28, 29 durch den geöffneten Anschluss 30 des 3/2-Wegeventils 27 und den Abströmkanal 33 an den Olversorgungskanal 26. Gleichzeitig entsteht durch die in einem Kolbenmotor während der Hubbewegung der Pleuelstange 1 wirkenden Massen- und Gaskräfte in dem bisher leeren Druckraum 14, 13 eine Sogwirkung, durch die sich das zugehörige Rückschlagventil 24, 25 öffnet, so dass sich der bisher leere Druckraum 14, 13 mit Motoröl füllt.

[0048] Mit zunehmender Füllung dieses Druckraums 14, 13 wird aus dem anderen Druckraum 13, 14 zunehmend das Motoröl über den geöffneten Anschluss 30 abgeführt, wodurch sich die Länge der Pleuelstange 1 ändert. Je nach Ausgestaltung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 sowie der hydraulischen Steuereinrichtung 21 und dem Betriebszustand des Kolbenmotors kön-

nen mehrere Hübe der Pleuelstange 1 erforderlich sein, bis der von der hydraulischen Steuereinrichtung 21 gesperrte Druckraum 14, 13 vollständig mit Motoröl gefüllt ist sowie der andere geöffnete Druckraum 13, 14 vollständig geleert ist und so die maximal mögliche Längenänderung der Pleuelstange 1 erreicht ist.

[0049] Eine vergrößerte Detailansicht des oberen Pleuelteils 3 aus Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei sowohl der Zylinderdeckel 15 und der Verstellkolben 9, aber auch Teile des Pleuelkopfs 6 geschnitten gezeigt sind. Die Kolbenstange 8 ist fest oder einteilig mit dem Verstellkolben 9 verbunden und weist an ihrem freien oberen Ende ein erstes Gewinde 35 auf, das als Außengewinde ausgebildet ist, und mit einem zugehörigen zweiten Gewinde 36 im Pleuelkopf 6, das als Innengewinde ausgebildet ist, in Eingriff steht. Das erste Gewinde 35 auf der Kolbenstange 8 und das zweite Gewinde 36 im Pleuelkopf 6 bilden gemeinsam eine Schraubverbindung 37 mit einer unterschiedlichen Gewindesteigung aus, um den Verstellkolben 9 der Zylinder-Kolben-Einheit 10 sicher mit dem Pleuelkopf 6 mit Pleuelauge 7 zu verbinden.

[0050] Bei der Montage des oberen Pleuelteils 3 wird vor einem Aufschrauben des Pleuelkopfs 6 auf das erste Gewinde 35 der Kolbenstange 8 die obere Kolbendichtung 18 über die Kolbenstange 8 hinweg auf den Verstellkolben 9 aufgeschoben und dort beschädigungsfrei fixiert, beispielsweise mittels eines Sicherungsrings. Anschließend wird die Stangendichtung 16 und der Zylinderdeckel 15 auf die Kolbenstange aufgeschoben, bevor die Kolbenstange 8 in das zweite Gewinde 36 im Pleuelkopf 6 eingeschraubt wird.

[0051] Die auf der Kolbenstange 8 angeordnete Stangendichtung 16, sowie die am Umfang des Verstellkolbens 9 vorgesehenen Kolbendichtungen 17, 18 müssen im Hinblick auf die in den Druckräumen 13, 14 vorliegenden hohen Systemdrücken von über 1000 bar beim Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange 1 eine sichere Abdichtung der Druckräume 13, 14 ermöglichen. Entsprechend empfindlich reagieren derartige Hochdruckdichtungen auf mechanische Belastungen außerhalb der vorgegebenen Grenzen. Daher müssen sowohl die Stangendichtung 16, aber auch die obere Kolbendichtung 18 vor einer Verbindung der Kolbenstange 8 mit dem Pleuelkopf 6 an ihren Positionen angeordnet und beim Einschrauben des ersten Gewindes 35 in das zweite Gewinde 36 geschützt werden.

[0052] Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines oberen Pleuelteils 3 für eine erfindungsgemäße längenverstellbare Pleuelstange 1. Im Gegensatz zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist hier der Pleuelkopf 6 fest oder einteilig mit der Kolbenstange 8 verbunden und das als Außengewinde am freien Ende der Kolbenstange 8 vorgesehene erste Gewinde 35 steht mit einem als Innengewinde ausgebildeten zweiten Gewinde 36 im Verstellkolben 9 in Eingriff, um eine Schraubverbindung 38 mit unterschiedlicher Gewindesteigung auszubilden. Auch bei dieser Ausführungsform des oberen Pleuelteils 3 einer erfindungsgemäßen Pleuelstange 1 wird vor dem Verbinden der Kolbenstange 8 mit dem Verstellkolben 9 die obere Kolbendichtung 18 auf dem Verstellkolben 9 angeordnet und die Stangendichtung 16 und der Zylinderdeckel 15 auf die Kolbenstange 8 aufgeschoben, bevor die Kolbenstange 8 mit dem ersten Gewinde 35 in das zweite Gewinde 36 am Verstellkolben 9 eingeschraubt wird.

[0053] Im Gegensatz zu der Schraubverbindung 37 zwischen der Kolbenstange 8 und dem Pleuelkopf 6 in Fig. 2 weist die Schraubverbindung 38 zwischen der Kolbenstange 8 und dem Verstellkolben 9 in Fig. 3 einen etwas größeren Kerndurchmesser auf, der durch den größeren Stirndurchmesser des Verstellkolbens 9 ermöglicht wird. Dabei wird der größere Kerndurchmesser des ersten Gewindes 35 an der Kolbenstange 8 durch die beschädigungsfreie Montage des Zylinderdeckel 15 und der Stangendichtung 16 auf der Kolbenstange 8 begrenzt.

[0054] Die Schnittansicht in Fig. 4a zeigt eine herkömmliche Schraubverbindung 39 aus dem Stand der Technik mit gleicher Gewindesteigung. Dabei ist die Gewindesteigung P+; - Ps der einzelnen Gewindegänge G; - Gs (nur G-, eingezeichnet) des ersten Gewindes 35‘ jeweils gleichbleibend (P1=P2= P3=Pı4=Ps) und auch gleich gegenüber der Gewindesteigung P+ - Ps der Gewindegänge G1 - Gs (nur G1 eingezeichnet) des zweiten Gewindes 36‘ der herkömmlichen Schraubverbindung 39.

[0055] Demgegenüber ist bei einer Schraubverbindung 37, 38 mit einer unterschiedlichen Ge-

windesteigung für die Verbindung des Pleuelkopf 6 mit dem Verstellkolben 9 in einer erfindungsgemäßen Pleuelstange 1 die Gewindesteigung P; - Ps des ersten Gewindes 35, dem in Fig. 4b dargestellten Innengewinde unterschiedlich und steigt in der in Fig. 45 gezeigten Ausführungsform der Schraubverbindung 37, 38 kontinuierlich an (P1[0056] Mit der vorliegenden Schraubverbindung 37, 38 mit unterschiedlicher Gewindesteigung für die Verbindung des Verstellkolbens 9 mit dem Pleuelkopf 6 des oberen Pleuelteils 3 einer erfindungsgemäßen Pleuelstange 1 wird die axiale Vorspannkraft VK relativ gleichmäßig über die Gewindegänge G+: - Gs des ersten Gewindes 35 und des zweiten Gewindes 36 der Schraubverbindung 37, 38 übertragen, wobei insbesondere eine kontinuierliche Veränderung der Gewindesteigung P+ - Ps entlang des ersten oder zweiten Gewindes 35, 36 die Vergleichmäßigung der axialen Vorspannkraft VK der Schraubverbindung 37, 38 optimiert. Die kontinuierliche Veränderung der Gewindesteigung P+; - Ps erfolgt dabei entlang der Längsrichtung A der Pleuelstange 1. In der Darstellung der Schraubverbindung 37, 38 mit unterschiedlicher Gewindesteigung in Fig. 4b ist sehr gut die konstruktive Wirkung der unterschiedlichen Gewindesteigung P; - Ps mit einem in Richtung des ersten Gewindegangs G1 zunehmenden Spalt zwischen dem ersten Gewinde 35 und dem zweiten Gewinde 36 zu erkennen. [0057] Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm der axialen Vorspannkraft VK für eine herkömmliche Schraubverbindung 39 aus dem Stand der Technik und für eine Schraubverbindung 37, 38 mit unterschiedlicher Gewindesteigung einer erfindungsgemäße Pleuelstange 1 zeigt deutlich den Unterschied in der Verteilung der axialen Vorspannkraft VK über die miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge G; - Ge der Schraubverbindungen 37, 38, bzw. 39. Wie in dem Diagramm gezeigt, nimmt bei einer herkömmlichen Schraubverbindung 39 die axiale Vorspannkraft VK von den beiden ersten Gewindegängen bis zum sechsten Gewindegang deutlich ab, wobei die axiale Vorspannkraft VK für den sechsten Gewindegang Ps nur noch etwa 20 % der an den beiden ersten Gewindegängen P+, P» übertragenen Vorspannkraft VK beträgt. Entsprechend hoch ist auch die Streuungsabweichung der Vorspannkraft VK an den sechs miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge Gi; - Ge der herkömmlichen Schraubverbindung 39 gegenüber dem Mittelwert der Vorspannkraft VK über die sechs Gewindegänge G:1 - Ge. Die Summe der an den Gewindegängen G+;: - Ge übertragenen Vorspannkraft VK entspricht dabei im Wesentlichen der gesamten axialen Vorspannkraft VK der herkömmlichen Schraubverbindung 39. [0058] Demgegenüber steigt bei einer Schraubverbindung 37, 38 mit unterschiedlicher Gewindesteigung für die Verbindung des Verstellkolbens 9 mit dem Pleuelkopf 6 des oberen Pleuelteils 3 einer erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange 1 die axiale Vorspannkraft VK an den zweiten und dritten Gewindegängen G», Gs gegenüber dem ersten Gewindegang G1 zunächst noch einmal leicht an und bleibt auch für den vierten und fünften Gewindegang Ga, Gs auf einem annähernd gleich hohen Wert. Demgegenüber reduziert sich erst die am sechsten Gewindegang Ge übertragene axiale Vorspannkraft VK um etwa 50 %. Entsprechend gering ist die Streuungsabweichung gegenüber dem an den Gewindegängen G1 - Ge übertragenen Mittelwert der axialen Vorspannkraft VK. [0059] In dem in Fig. 4b bzw. Fig. 5 gezeigten Beispiel einer Schraubverbindung 37, 38 mit sechs miteinander in Eingriff stehenden Gewindegängen G+ - Ge des ersten und zweiten Gewindes 35, 36 der Schraubverbindung 37, 38 mit einer kontinuierlich ansteigenden Gewindesteigung P; - Pe zwischen dem ersten Gewindegang G1 und dem sechsten Gewindegang Ge von etwa 2,5 um reduziert sich die Streuungsabweichung gegenüber einer herkömmlichen Schraubverbindung 39 entsprechend Fig. 4a, auf etwa 25 %. Betrachtet man bei der Bestimmung der Streuungsabweichung lediglich die ersten fünf Gewindegänge G+: - Gs reduziert sich die Streuungsabweichung sogar auf lediglich 5 % der Streuungsabweichung bei einer herkömmlichen Schraubverbindung 39.

[0057] Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm der axialen Vorspannkraft VK für eine herkömmliche Schraubverbindung 39 aus dem Stand der Technik und für eine Schraubverbindung 37, 38 mit unterschiedlicher Gewindesteigung einer erfindungsgemäße Pleuelstange 1 zeigt deutlich den Unterschied in der Verteilung der axialen Vorspannkraft VK über die miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge G; - Ge der Schraubverbindungen 37, 38, bzw. 39. Wie in dem Diagramm gezeigt, nimmt bei einer herkömmlichen Schraubverbindung 39 die axiale Vorspannkraft VK von den beiden ersten Gewindegängen bis zum sechsten Gewindegang deutlich ab, wobei die axiale Vorspannkraft VK für den sechsten Gewindegang Ps nur noch etwa 20 % der an den beiden ersten Gewindegängen P+, P» übertragenen Vorspannkraft VK beträgt. Entsprechend hoch ist auch die Streuungsabweichung der Vorspannkraft VK an den sechs miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge Gi; - Ge der herkömmlichen Schraubverbindung 39 gegenüber dem Mittelwert der Vorspannkraft VK über die sechs Gewindegänge G:1 - Ge. Die Summe der an den Gewindegängen G+;: - Ge übertragenen Vorspannkraft VK entspricht dabei im Wesentlichen der gesamten axialen Vorspannkraft VK der herkömmlichen Schraubverbindung 39.

[0058] Demgegenüber steigt bei einer Schraubverbindung 37, 38 mit unterschiedlicher Gewindesteigung für die Verbindung des Verstellkolbens 9 mit dem Pleuelkopf 6 des oberen Pleuelteils 3 einer erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange 1 die axiale Vorspannkraft VK an den zweiten und dritten Gewindegängen G», Gs gegenüber dem ersten Gewindegang G1 zunächst noch einmal leicht an und bleibt auch für den vierten und fünften Gewindegang Ga, Gs auf einem annähernd gleich hohen Wert. Demgegenüber reduziert sich erst die am sechsten Gewindegang Ge übertragene axiale Vorspannkraft VK um etwa 50 %. Entsprechend gering ist die Streuungsabweichung gegenüber dem an den Gewindegängen G1 - Ge übertragenen Mittelwert der axialen Vorspannkraft VK.

[0059] In dem in Fig. 4b bzw. Fig. 5 gezeigten Beispiel einer Schraubverbindung 37, 38 mit sechs miteinander in Eingriff stehenden Gewindegängen G+ - Ge des ersten und zweiten Gewindes 35, 36 der Schraubverbindung 37, 38 mit einer kontinuierlich ansteigenden Gewindesteigung P; - Pe zwischen dem ersten Gewindegang G1 und dem sechsten Gewindegang Ge von etwa 2,5 um reduziert sich die Streuungsabweichung gegenüber einer herkömmlichen Schraubverbindung 39 entsprechend Fig. 4a, auf etwa 25 %. Betrachtet man bei der Bestimmung der Streuungsabweichung lediglich die ersten fünf Gewindegänge G+: - Gs reduziert sich die Streuungsabweichung sogar auf lediglich 5 % der Streuungsabweichung bei einer herkömmlichen Schraubverbindung 39.

[0060] Während in den Figuren das Ausführungsbeispiel mit sechs Gewindegängen diskutiert wurde, beträgt erfindungsgemäß die Anzahl der miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge G des ersten Gewindes 35 und des zweiten Gewindes 36 zwischen vier und zehn, bevorzugt zwischen fünf und acht, insbesondere sechs Gewindegänge G.

[0061] Neben der verbesserten Sicherung der Schraubverbindung 37, 38 mit unterschiedlicher Gewindesteigung gegenüber einer herkömmlichen Schraubverbindung 39 reduziert die geringere Belastung der ersten beiden Gewindegänge G1, G2 und die signifikante Vergleichmäßigung der Übertragung der axialen Vorspannkraft VK entlang der ersten fünf Gewindegänge G1; - Gs, das Risiko einer Beschädigung der ersten beiden Gewindegänge G:, G» der Schraubverbindung 37, 38 und ermöglicht gleichzeitig das Aufbringen einer höheren axialen Vorspannkraft VK, um ein unbeabsichtigtes Lösen der Schraubverbindung 37, 38 dauerhaft zu verhindern.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 längenverstellbare Pleuelstange 2 unteres Pleuelteil

3 oberes Pleuelteil

4 Pleuelauge

5 Lagerschale

6 Pleuelkopf

7 Pleuelauge

8 Kolbenstange

9 Verstellkolben

10 Zylinder-Kolben-Einheit 11 Gehäuse

12 Zylinder

13 Druckraum

14 Druckraum

15 Zylinderdeckel

16 Stangendichtung

17 Kolbendichtung

18 Kolbendichtung

19 Unterseite

20 Zylinderboden

21 hydraulische Steuereinrichtung 22 Hydraulikmittelleitung 23 Hydraulikmittelleitung 24 Rückschlagventil

25 Rückschlagventil

26 Ölversorgung

27 hydraulisches Steuerventil 28 Drossel

29 Drossel

30 Anschlüsse

31 Steuerdruckleitung

32 Rückstellfeder

33 Abströmkanal

34 Pleuelschraube

35,35‘ erstes Gewinde 36, 36‘ zweites Gewinde

37 Schraubverbindung

38 Schraubverbindung

39 herkömmliche Schraubverbindung A Längsrichtung

G1-Ge Gewindegänge P;-Ps Gewindesteigung VK Axiale Vorspannkraft

Claims (10)

Ansprüche

1. Längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange (1) ein erstes Pleuelauge (7) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und ein zweites Pleuelauge (4) zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen in Längsrichtung (A) der Pleuelstange (1) mittels einer hydraulischen Steuereinrichtung (21) mit mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit (10) mit zumindest einem Zylinder (12) und zumindest einem Verstellkolben (9) einstellbar ist, und wobei der Verstellkolben (9) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) und das erste Pleuelauge (7) mittels zumindest einer Schraubverbindung (37, 38) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (37, 38) ein erstes Gewinde (35) mit einer ersten Gewindesteigung und ein mit dem ersten Gewinde (35) zusammenwirkendes zweites Gewinde (36) mit einer zweiten Gewindesteigung aufweist, wobei die erste Gewindesteigung gegenüber der zweiten Gewindesteigung unterschiedlich ist.

2. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass durch die unterschiedliche Gewindesteigung zwischen dem ersten Gewinde (35) und dem zweiten Gewinde (36) die Verteilung der axialen Vorspannkraft (VK) der Schraubverbindung (37, 38) über die miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge (G) des ersten Gewindes (35) und des zweiten Gewindes (36) vergleichmäßigbar ist, wobei die Streuungsabweichung der an den Gewindegängen (G) wirkenden axialen Vorspannkraft (VK) der Schraubverbindung (37, 38) mit unterschiedlicher Gewindesteigung kleiner als 40 %, bevorzugt kleiner als 30 %, insbesondere kleiner als 25 % der Streuungsabweichung einer herkömmlichen Schraubverbindung (39) mit gleicher Gewindesteigung ausgeführt ist.

3. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen der ersten Gewindesteigung und der zweiten Gewindesteigung pro Gewindegang (G) zwischen 0,3 und 0,6 um, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,45 um beträgt.

4. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Unterschied zwischen der ersten Gewindesteigung des ersten Gewindes (35) und der zweiten Gewindesteigung des zweiten Gewindes (36) in einer Längsrichtung (A) der Pleuelstange (1) kontinuierlich verändert.

5. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der miteinander in Eingriff stehenden Gewindegänge (G) des ersten Gewindes (35) und des zweiten Gewindes (36) zwischen vier und zehn, bevorzugt zwischen fünf und acht, insbesondere sechs Gewindegänge (G) beträgt.

6. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Verstellkolben (9) und das erste Pleuelauge (7) verbindende Kolbenstange (8) vorgesehen ist, wobei die Kolbenstange (8) das erste Gewinde (35) aufweist und der Verstellkolben (9) und/oder das erste Pleuelauge (7) das zweite Gewinde (36) aufweist.

7. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Kolben-Einheit (10) zumindest einen Druckraum (13, 14) und die hydraulische Steuereinrichtung (21) ein hydraulisches Steuerventil (27) aufweist, wobei mit dem hydraulischen Steuerventil (27) eine Fluidverbindung zwischen dem zumindest einen Druckraum (13, 14) und einem Motorölkreislauf des Kolbenmotors und/oder einer Umgebung der Pleuelstange (1) freigebbar oder sperrbar ist .

8. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Pleuelteile (2, 3) vorgesehen sind, wobei das erste Pleuelteil (3) das erstes Pleuelauge (7) und das zweite Pleuelteil (2) das zweite Pleuelauge (4) aufweist, und wobei zur Verstellung des Abstands zwischen Kolbenbolzen und Kurbelwellenzapfen das erste Pleuelteil (3) mittels der Zylinder-Kolben-Einheit (10) relativ zum

zweiten Pleuelteil (2) bewegbar ist, zu verstellen, wobei vorzugsweise im ersten Pleuelteil (3) die Schraubverbindung (37, 38) das erste Pleuelauge (7) mit dem Verstellkolben (9) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) verbindet und das zweite Pleuelteil (2) den Zylinder (12) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) aufweist.

9. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Schraubverbindung vorgesehen ist, mit einem ersten Gewinde (35) mit einer ersten Gewindesteigung und einem zweiten Gewinde (36) mit einer zweiten unterschiedlichen Gewindesteigung, wobei die weitere Schraubverbindung zur Befestigung eines Zylinderdeckels (15) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) und/oder einer Lagerschale (5) des zweiten Pleuelauges (4), und/oder von Bauteilen der hydraulischen Steuereinrichtung (21) vorgesehen ist.

10. Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegenden Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen