AT517112A4

AT517112A4 - Längenverstellbare pleuelstange

Info

Publication number: AT517112A4
Application number: ATA50720/2015A
Authority: AT
Inventors: Helmut Dipl Ing Melde-Tuczai; Wolfgang Dr Reik; Rolf Dipl Ing Dreisbach
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2016-11-15
Also published as: AT517680B1; AT517112B1; AT517680A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten Stangenteil (2) und einem zweiten Stangenteil (4), welche beiden Stangenteile (2, 4) relativ zueinander über ein Schraubgetriebe (6) in Richtung der Längsachse (1a) der Pleuelstange (1) verschiebbar sind, wobei das Schraubgetriebe (6) zumindest einen ersten Getriebeteil (7) und einen mit dem ersten Getriebeteil (7) im Eingriff stehenden zweiten Getriebeteil (8) aufweist, wobei der erste Getriebeteil (7) als Spindelmutter (9) bzw. Gewindespindel (10) und der zweite Getriebeteil (8) als Gewindespindel (10) bzw. als Spindelmutter (9) ausgebildet ist. Um auf möglichst einfache Weise eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses bei einer Hubkolbenmaschine zu ermöglichen ist vorgesehen, dass das Schraubgetriebe (6) über zumindest einen hydraulischen Aktuator (11) betätigbar ist, wobei der hydraulische Aktuator (11) in der Pleuelstange (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten Stangenteil und einem zweiten Stangenteil, welche beiden Stangenteile überein Schraubgetriebe in Richtung der Längsachse der Pleuelstange verschiebbar sind, wobei das Schraubgetriebe zumindest einen ersten Getriebeteil und einen mit dem ersten Getriebeteil im Eingriff stehenden zweiten Getriebeteil aufweist, wobei der erste Getriebeteil als Gewindespindel oder als Spindelmutter und der zweite Getriebeteil als Spindelmutter bzw. Gewindespindel ausgebildet ist.

Aus den Druckschriften WO 06/115898 Al, US 5 406 911 A, GB 441 666 A ist es bekannt, die Länge von Pleuelstangen mechanisch durch eine Schraubgetriebe zu verstellen. Dabei wird jeweils der Kolben über sein verzahntes Kolbenhemd bzw. über ein Gewinde im Bereich des Kolbenhemdes verdreht.

Weiters ist es aus der DE 42 26 361 Al eine Brennkraftmaschine mit verstellbarer Verdichtung bekannt, bei der die Endstellung des Kolbens veränderbar ist. Die Veränderung des Kolbens wird durch ein verstellbares Kurbelwellenlager oder durch ein verstellbares Hubzapfenlager erreicht, wobei die Verstellung durch einen Exzenter bewirkt wird, welcher mindestens einen radial vorstehenden Kolben aufweist, der in einer radialen Erweiterung des Exzenterscheibenlagers hydraulisch verschiebbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses bei einer Hubkolbenmaschine zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Schraubgetriebe über zumindest einen hydraulischen Aktuator betätigbar ist, wobei der hydraulische Aktuator in der Pleuelstange angeordnet ist.

Die Betätigung über einen hydraulischen Aktuator ermöglicht eine sehr kompakte und bauraumsparende Anordnung.

Vorzugsweise weist der Aktuator zumindest eine Aktuatorstufe mit zumindest einem inneren Drehschieberteil und einem äußeren Drehschieberteil auf, wobei innerer Drehschieberteil und äußerer Drehschieberteil relativ zueinander verdrehbar gelagert sind. Ein Drehschieberteil - vorzugsweise ein äußerer Drehschieberteil - ist drehfest mit dem ersten Getriebeteil verbunden ist. Günstigerweise ist ein vom ersten Getriebeteil mechanisch getrennter weiterer Drehschieberteil - vorzugsweise ein innerer Drehschieberteil - drehfest mit dem ersten Stangenteil verbunden. Über den auf das Schraubgetriebe einwirkenden Drehschieberteil lassen sich hohe Verstellkräfte realisieren.

Beispielsweise ist der erste Getriebeteil drehbar und in Richtung der Längsachse der Pleuelstange unverschiebbar im ersten Stangenteil gelagert, und der zweite Getriebeteil fest mit dem zweiten Stangenteil verbunden oder integral mit diesem ausgeführt. Die Drehlage der beiden Stangenteile relativ zueinander kann durch eine Verdrehsicherungseinrchtung fixiert werden. Die beiden durch Gewindespindel und Spindelmutter gebildeten Getriebeteile ermöglichen eine hohe Getriebeübersetzung, sodass auch bei hohen Zylinderdrücken die Länge der Pleuelstange vergrößert werden kann.

Der Drehschieberteil zumindest eines Aktuators weist zumindest einen radial vorstehenden Drehkolben - vorzugsweise zumindest zwei radial vorstehende Drehkolben - auf. Jeder radiale Drehkolben hat zwei voneinander abgewandte Druckseiten, wobei jede Druckseite des radialen Drehkolbens an jeweils einen vom inneren Drehschieberteil und äußeren Drehschieberteil der Aktuatorstufe aufgespannten Arbeitsraum grenzt. Über die Zahl der radialen Drehkolben kann die auf das Schraubgetriebe wirkende hydraulische Verdrehkraft erhöht werden, wobei allerdings mit der Zahl der Drehkolben der Verstellwinkelbereich jedes Drehschiebers kleiner wird. Bei einem Drehschieber mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Drehkolben beträgt der Verstellwinkelbereich beispielsweise etwa 125°.

Um - insbesondere bei relativ kleiner möglicher Drehbewegung des Drehschiebers -trotz der geringer Steigung des Gewindes des Schraubgetriebes eine ausreichend große Längenverstellung zu ermöglichen, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass der Aktuator zumindest zwei in Serie geschaltete Aktuatorstufen aufweist. Eine erste Aktuatorstufe weist einen ersten inneren Drehschieberteil und einen ersten äußeren Drehschieberteil, eine zweite Aktuatorstufe einen zweiten inneren Drehschieberteil und einen zweiten äußeren Drehschieberteil auf. Der erste innerer Drehschieberteil und der erste äußere Drehschieberteil sind relativ zueinander verdrehbar gelagert. Ebenso sind der zweite innere Drehschieberteil und der zweiter äußere Drehschieberteil relativ zueinander verdrehbar gelagert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite innere Drehschieberteil mit dem ersten äußeren Drehschieberteil drehfest verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet ist. Vorzugsweise ist weiters vorgesehen, dass die der erste innere Drehschieberteil mit dem ersten Stangenteil drehfest verbunden und der zweite äußere Drehschieberteil mit dem ersten Getriebeteil drehfest verbunden ist. Jede der beiden hintereinander geschalteten Aktuatorstufen weist zwar eine relativ geringe Hubverstellbarkeit auf. In Summe ist jedoch die Hubverstellung beider Aktuatorstufen ausreichend hoch um die Verdichtung in einem weiten Bereich zu verändern. Die beiden in Serie hintereinander geschalteten Aktuatorstufen lassen eine Verdoppelung des Verstellbereichs zu.

Eine einfache Steuerung des Aktuators kann erreicht werden, wenn zumindest ein Arbeitsraum - vorzugsweise zumindest zwei durch einen radialen Drehkolben getrennte Arbeitsräume - jeweils mit zumindest einer Steueröffnung zumindest eines in der Pleuelstange angeordneten Schieberventils strömungsverbunden ist.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist jeder Aktuatorstufe ein jeweils eine Rückstellfeder aufweisendes Schieberventil zugeordnet. Weisen die Rückstellfedern der beiden Schieberventile identische Kennlinien auf, so lassen sich insgesamt mit zwei Aktuatorstufen zwei Stellungen realisieren. Vorteilhafter ist es, wenn zumindest zwei Schieberventile unterschiedlicher Aktuatorstufen Rückstellfedern mit verschiedenen Federkennlinien aufweisen: Dadurch können mit zwei Aktuatorstufen drei Stellungen des Aktuators und somit drei verschiedene Längen der Pleuelstange eingestellt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einer ersten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie I - I in Fig. 2,

Fig. 2 diese Pleuelstange in einem Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einer zweiten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie III - III in Fig. 4,

Fig. 4 diese Pleuelstange in einem Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einer dritten Ausführungsvariante in einem Schnitt analog zu Fig. 4,

Fig. 6 einen Aktuator der Pleuelstange in einer Detailansicht in einem Schnitt gemäß der Linie VI - VI in Fig. 5, in einer ersten Stellung,

Fig. 7 den Aktuator aus Fig. 6 in einer zweiten Stellung,

Fig. 8 schematisch einen ersten Aktuator in einer ersten Stellung,

Fig. 9 diesen Aktuator in einer zweiten Stellung,

Fig. 10 schematisch einen zweiten Aktuator in einer ersten Stellung,

Fig. 11 diesen Aktuator in einer zweiten Stellung,

Fig. 12 eine Detail der in Fig. 4 dargestellten Pleuelstange,

Fig. 13 einen Aktuator dieser Pleuelstange in einem Schnitt gemäß der Linie XIII -XIII in Fig. 12,

Fig. 14 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einer vierten Ausführungsvariante in einem Schnitt analog zu Fig. 4 und

Fig. 15 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einer fünften Ausführungsvariante in einem Schnitt analog zu Fig. 4.

In den Ausführungen sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Fig. 1 bis 5, 12, 14 und 15 zeigen jeweils eine längenverstellbare Pleuelstange 1 für eine Hubkolbenmaschine, beispielsweise eine Brennkraftmaschine. Dabei ist in den Fig. 1, 2, 4, 5, 12, 14 und 15 in der linken Bildhälfte die Pleuelstange 1 mit minimaler Länge und in der rechten Bildhälfte mit maximaler Länge dargestellt.

Die Pleuelstange 1 weist einen ersten Stangenteil 2 im Bereich eines großen Pleuelauges 3 und einen zweiten Stangenteil 4 im Bereich eines kleinen Pleuelauges 5 auf, wobei das große Pleuelauge 3 ein Kurbelzapfenlager zur Verbindung mit einer nicht weiter dargestellten Kurbelwelle und das kleine Pleuelauge 5 ein Kolbenbolzenlager zur Verbindung mit einem nicht weiter dargestellten Kolben ausbildet. Die beiden Stangenteile 2, 4 können über ein Schraubgetriebe 6 relativ zueinander in Richtung der Längsachse la der Pleuelstange 1 verschoben werden. Das Schraubgetriebe 6 weist einen ersten Getriebeteil 7 und einen mit dem ersten Getriebeteil 7 im Eingriff stehenden zweiten Getriebeteil 8 auf, wobei einer der beiden Getriebeteile 7, 8 als Spindelmutter 9 und der andere Getriebeteil 8, 7 als Getriebespindel 10 ausgebildet ist. Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten und zweiten Ausführungsvarianten ist der erste Getriebeteil 7 als hülsenartige Spindelmutter 9 und der zweite Getriebeteil 8 als Getriebespindel 10 ausgebildet. Fig. 5 dagegen zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der erste Getriebeteil 7 als Getriebespindel 10 und der zweite Getriebeteil 8 als Spindelmutter 10 ausgebildet ist.

Zur Betätigung des Schraubgetriebes 6 ist in der Pleuelstange 1 ein hydraulischer Aktuator 11 angeordnet. Der Aktuator 11 weist zumindest eine Aktuatorstufe 12; 12a, 12b auf. Dabei ist ein innerer Drehschieberteil 14; 14a, 14b in einem äußeren Drehschieberteil 15; 15a, 15b angeordnet. Einer der beiden Drehschieberteile 14, 15; 14a, 15a; 14b, 15b ist relativ zum anderen Drehschieberteil 15, 14; 15a, 14a; 15b, 14b drehbar um eine Drehachse 13 ausgebildet und drehfest mit dem ersten Getriebeteil 7 oder dem zweiten Getriebeteil 8 verbunden. Die Drehachse 13 ist beispielsweise koaxial zur Längsachse la der Pleuelstange ausgebildet. Die relative Drehbewegung zwischen dem inneren und dem äußeren Drehschieberteil 14, 15; 14a, 15a; 14b, 15b wird durch radiale Drehkolben 16, 17 begrenzt, wobei jeder Drehkolben 14, 15 zwei voneinander abgewandte Druckseiten 16a, 16b; 17a, 17b aufweist. Jede Druckseite 16a, 16b; 17a, 17b grenzt an einen vom inneren und äußeren Drehschieberteil 14, 15 aufgespannten Arbeitsraum 18, 19; 18a, 19a; 18b, 19b. Die Arbeitsräume 18, 19; 18a, 19a; 18b, 19b jeder Aktuatorstufe 12; 12a, 12b stehen über Steuerkanäle 20; 20a, 20b mit Steueröffnungen 21; 21a, 21b eines im ersten Stangenteil 2 angeordneten Schieberventils 22; 22a, 22b in

Verbindung, welches einen in einem Steuerzylinder 23; 23a, 23b - beispielsweise normal zur Längsachse la der Pleuelstange 1 - verschiebbar gelagerten Steuerkolben 24; 24a, 24b aufweist, der die Steueröffnungen 21; 21a, 21b auf-oder zusteuert. Der Steuerkolben 24; 24a, 24b ist durch den im Steuerraum 25; 25a, 25b anliegenden Öldruck entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 26; 26a, 26b auslenkbar.

Der erste Getriebeteil 7 bzw. zweite Getriebeteil 8 ist drehbar und in Richtung der Längsachse la der Pleuelstange 1 unverschiebbar im ersten Stangenteil 2 bzw. zweiten Stangenteil 4 gelagert. Der zweite Getriebeteil 8 bzw. erste Getriebeteil 7 ist fest mit dem zweiten Stangenteil 4 bzw. dem ersten Stangenteil 2 verbunden. Gleichzeitig mit dem inneren bzw. äußeren Drehschieber 14, 15 wird der erste bzw. zweite Getriebeteil 7, 8 relativ zum anderen zweiten bzw. ersten Getriebeteil 8, 7 verdreht. Durch die ineinander greifenden Schraubengewinde der Spindelmutter 9 und der Gewindespindel 10 führt die Drehbewegung des ersten bzw. zweiten Getriebeteils 7, 8 zu einer Hubbewegung des jeweils anderen Getriebeteils 8, 7 samt dem zweiten Stangenteil 4 bzw. ersten Stangenteil 2 der Pleuelstange 1 und somit zu einer Längenverstellung der Pleuelstange 1. Eine Verdrehung des zweiten Getriebeteils 8 wird durch eine Verdrehsicherungseinrichtung 27 verhindert. Die Verdrehsicherungseinrichtung 27 kann auch die Hubbewegung der Stangenteile 2, 4 relativ zueinander begrenzen. Die Verdrehsicherungseinrichtung 27 kann beispielsweise durch einen im ersten Stangenteil 2 normal zur Längsachse la fest angeordneten Bolzen 27a gebildet sein, welcher in eine Längsnut 27b des zweiten Stangenteils 4 eingreift.

Fig. 1 und 2 zeigen eine einfache erste Ausführungsvariante einer Pleuelstange 1 mit einem Aktuator 11, welcher eine einzige Aktuatorstufe 12 aufweist. Ein innerer Drehschieberteil 14 ist drehfest im ersten Stangenteil 2 angeordnet. Ein äußerer Drehschieberteil 15 ist relativ zum inneren Drehschieberteil 14 drehbar um eine Drehachse 13 angeordnet und mit einem ersten Getriebeteil 7 fest verbunden. Der erste Getriebeteil 7 ist drehbar und hubfest im ersten Stangenteil 2 gelagert und bildet eine Spindelmutter 9 aus, welche in eine Getriebespindel 10 eingreift. Die Getriebespindel 10 wird durch den fest mit dem zweiten Stangenteil 4 verbundenen - oder durch diesen ausgebildeten - zweiten Getriebeteil 8 des Schraubgetriebes 6 gebildet.

In den Fig. 3, 4 und 12 ist eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Pleuelstange 1 dargestellt, welche sich von der ersten Ausführungsvariante dadurch unterscheidet, dass der Aktuator 11 zwei übereinander in der Pleuelstange 1 angeordnete Aktuatorstufen 12a, 12b aufweist, wobei jede Aktuatorstufe 12a, 12b einen inneren Drehschieberteil 14a, 14b und einen äußeren Drehschieberteil 15a, 15b aufweist. Der erste innere Drehschieberteil 14a der (in den Fig. 3, 4 und 12 unteren) ersten Aktuatorstufe 12a ist mit dem ersten Stangenteil 2 drehfest verbunden. Der erste äußere Drehschieberteil 15a der ersten Aktuatorstufe 12a ist um die Drehachse 13 relativ zum ersten inneren Drehschieberteil 14a der ersten Aktuatorstufe 11a drehbar gelagert und drehfest mit dem zweiten inneren Drehschieberteil 14b der (in den Fig. 3, 4 und 12 oberen) zweiten Aktuatorstufe 12b verbunden. Der zweite äußere Drehschieberteil 15b der zweiten Aktuatorstufe ist relativ zum zweiten inneren Gehäuseteil 14b der zweiten Aktuatorstufe 11b drehbar um die Drehachse 13 angeordnet und mit dem hülsenartigen ersten Getriebeteil 7 fest verbunden. Der erste Getriebeteil 7 ist wie bei der ersten Ausführungsvariante drehbar und hubfest im ersten Stangenteil 2 gelagert und bildet eine Spindelmutter 9 aus, welche in eine Getriebespindel 10 eingreift. Die Getriebespindel 10 wird durch den fest mit dem zweiten Stangenteil 4 verbundenen - oder durch diesen ausgebildeten - zweiten Getriebeteil 8 des Schraubgetriebes 6 gebildet.

In den Fig. 3, 4 und 12 sind jeweils nur zwei Aktuatorstufen 12a, 12b dargestellt.

Es versteht sich von selbst, dass auch mehr als zwei Aktuatorstufen hintereinander geschaltet werden können.

Ausführungsvarianten mit zwei oder mehr Aktuatorstufen 12a, 12b haben den Vorteil, dass insgesamt größere Verstellwinkelbereiche der Aktuatoren 11, größere Hubwege und somit größere Längenänderungen der Pleuelstange 1 realisiert werden können, da sich die Verstellwinkelbereiche der einzelnen Aktuatorstufen 12a, 12b addieren.

Wie in Fig. 3 erkennbar ist, ist der ersten Aktuatorstufe 12a ein erstes Schieberventil 22a und der zweiten Aktuatorstufe 12b ein zweites Schieberventil 22b zugeordnet. Die Arbeitsräume 18a, 19a der ersten Aktuatorstufe 12a sind über Steuerkanäle 20a mit Steueröffnungen 21a des ersten Schieberventils 22a verbunden. Die Arbeitsräume 18b, 19b der zweiten Aktuatorstufe 12b sind über

Steuerkanäle 20b mit Steueröffnungen 21b des zweiten Schieberventils 22b verbunden.

Eine dritte Ausführungsvariante einer gemäß der Erfindung ausgeführten Pleuelstange 1 ist in Fig. 5 dargestellt. Auch hier sind zwei Aktuatorstufen 12a, 12b des Aktuators 11 vorgesehen, denen jeweils ein Schieberventil 22a, 22b zugeordnet ist. Die dritte Ausführungsvariante unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsvariante dadurch, dass hier der erste Getriebeteil 7 als Getriebespindel 10 und der zweite Getriebeteil 8 als hülsenartige Spindelmutter 9 ausgebildet ist.

Die Getriebespindel 10 ist dabei, beispielsweise über nicht ersichtliche Mitnehmerzungen, mit dem zweiten äußeren Drehschieberteil 15b der zweiten Aktuatorstufe 12b drehfest verbunden und drehbar im ersten Stangenteil 2 gelagert. Die Spindelmutter 9 ist axial verschiebbar im ersten Stangenteil 2 gelagert und mit dem zweiten Stangenteil 4, beispielsweise über eine Schaubverbindung 28, fest verbunden. Auch eine einteilige Ausbildung von Spindelmutter 9 und zweitem Stangenteil 4 ist möglich. Über die Verdrehsicherung 27 werden zweiter Stangenteil 4 und Spindelmutter 9 gegen Verdrehung um die Längsachse la der Pleuelstange 1 gesichert.

Fig. 6 und 7 zeigen die Funktion eines Aktuator 11 einer Aktuatorstufe 12 im Detail in zwei verschiedenen Verdrehstellungen des äußeren Drehschieberteils 15 relativ zum inneren Drehschieberteil 14. Der äußere Drehschieberteil 15 ist relativ zum inneren Drehschieberteil 14 um die Drehachse 13 verdrehbar gelagert. Der innere Drehschieberteil 14 weist in den Darstellungen zwei von einem Scheibenabschnitt 14' in radialer Richtung nach außen vorragende, diametral bezüglich der Drehachse 13 angeordnete radiale Drehkolben 16 auf. Weiters weist auch der äußere Drehschieberteil 15 zwei von einem Ringabschnitt 15' in radialer Richtung nach innen vorragende, diametral in Bezug auf die Drehachse 13 angeordnete radiale Drehkolben 17 auf. Obwohl die Drehschieberteile 14, 15 nur jeweils mit zwei radialen Drehkolben 16, 17 dargestellt sind, sind selbstverständlich auch Ausführungen mit jeweils nur einem Drehkolben 16, 17, oder mehr als zwei Drehkolben 16, 17 möglich. Die Zahl der Drehkolben 16, 17 hat unmittelbare Auswirkungen auf die wirksame Verstellkraft und den maximalen Verstellweg pro Aktuatorstufe, wobei die Verstellkraft mit der Anzahl der Drehkolben 16, 17 zunimmt, der maximale Verstellweg pro Aktuatorstufe 12 aber abnimmt. Mit zwei Drehkolben 16, 17 pro Drehschieberteil 14, 15 lassen sich einerseits hohe

Verstellkräfte, andererseits ausreichende Verstellwege pro Aktuatorstufe 12 erreichen.

Jeder Drehkolben 16; 17 weist zwei voneinander abgewandte Druckseiten 16a, 16b; 17a, 17b auf. Zueinander zugewandte Druckseiten 16a, 17a der Drehkolben 16, 17 des inneren Drehschieberteils 14 und des äußeren Drehschieberteils 15 grenzen jeweils an einen vom inneren Drehschieberteil 14 und vom äußeren Drehschieberteil 15 aufgespannten Arbeitsraum 18, 19. In jeden Arbeitsraum 18, 19 mündet zumindest ein Steuerkanal 20, welcher mit einer Steueröffnung 21 des korrespondierenden Schieberventils 22 strömungsverbunden ist.

Die Fig. 8 bis 11 zeigen schematisch die Ansteuerungen durch die Schieberventile 22a, 22b für verschiedene Stellungen eines zwei Aktuatorstufen 12a, 12b aufweisenden Aktuators 11. Die Fig. 8 und 9 zeigen dabei zwei Drehstellungen der ersten Aktuatorstufe 12a und die Fig. 10 und 11 zwei Drehstellungen der zweiten Aktuatorstufe 12b. Die Drehstellungen korrespondieren mit unterschiedlichen Hüben der Getriebeteile 7, 8 und somit unterschiedlichen Längen der Pleuelstange 1. Mit den Buchstaben A, B, C, D; A', B', C', D' sind die Verbindungen zwischen den Arbeitsräumen 18a, 19a: 18b, 19b der Aktuatorstufen 12a; 12b mit den Schieberventile 22a; 22b angedeutet. Konkret bezeichnen A, B; A', B' die Rücklaufverbindungen über die Rücklaufkanäle 20a', 20b' zu den Rücklauföffnungen 21a', 21b' der Schieberventile 22a, 22b. Die Buchstaben C, D; C', D' bezeichnen die Zulaufverbindungen über die Steuerkanäle 20a, 20b zu den Steueröffnungen 21a, 21b der Schieberventile 22a, 22b.

In der in Fig. 8 dargestellten ersten Drehstellungen der ersten Aktuatorstufe 12a ist die mit D bezeichnete Steueröffnung 21a des ersten Schieberventils 22a mit den in die ersten Arbeitsräume 18a mündenden Steuerkanälen 20a verbunden. Die mit B bezeichneten Rücklaufkanäle 20a' bilden einen Strömungsrücklauf zu den ebenfalls mit B bezeichneten Rücklauföffnungen 21a' des Schieberventils 22a für das aus dem zweiten Arbeitsraum 19a verdrängte Öl.

Wird die mit C bezeichnete Steueröffnung 21a durch den Steuerkolben 24a des Schieberventils 22a aufgesteuert, so wird Druck in den Arbeitsräumen 19a aufgebaut, wodurch die Drehschieberteile 14a, 15a sich in die in Fig. 9 dargestellte zweite Drehstellung verdrehen. Dabei wird gemäß der Rücklaufverbindung A das Öl aus den ersten Arbeitsräumen 18a der ersten Aktuatorstufe 12a verdrängt.

In der in Fig. 10 dargestellten ersten Drehstellungen der zweiten Aktuatorstufe 12b ist gemäß der Zulaufverbindung D' die entsprechende Steueröffnung 21b des zweiten Schieberventils 22b mit den in die ersten Arbeitsräume 18b des zweiten Schieberventils 22b mündenden Steuerkanälen 20b verbunden. Die mit B' bezeichneten Rücklaufkanäle 20b' bilden einen Strömungsrücklauf zu den ebenfalls mit B' bezeichneten Rücklauföffnungen 21b' des Schieberventils 22b für das aus dem zweiten Arbeitsraum 19b der zweiten Aktuatorstufe 12b verdrängte Öl.

Wird die mit C' bezeichnete Steueröffnung 21b durch den Steuerkolben 24b des zweiten Schieberventils 22b aufgesteuert, so wird Druck in den zweiten Arbeitsräumen 19b des aufgebaut, wodurch die Drehschieberteile 14b, 15b sich in die in Fig. 11 dargestellte zweite Drehstellung der zweiten Aktuatorstufe 12b verdrehen. Dabei wird gemäß der Rücklaufverbindung A' das Öl aus den ersten Arbeitsräumen 18b der zweiten Aktuatorstufe 12b verdrängt.

Die Steuerkolben 24a, 24b werden entsprechend dem im jeweiligen Steuerraum 25a, 25b anliegenden Druck des das Betätigungsmedium bildenden Öls gegen die Kraft der Rückstellfedern 26a, 26b ausgelenkt. Sind die Rückstellfedern 26a, 26b der ersten und zweiten Schieberventile 22a, 22b identisch, so lassen sich - bei ebenfalls gleich ausgelegten Schieberventilen 22a, 22b - nur zwei Stellungen der Stangenteile 2, 4 relativ zueinander, und zwar eine einer kurzen Länge der Pleuelstange 1 entsprechende Minimalstellung und eine einer langen Länge der Pleuelstange 1 entsprechende Maximalstellung realisieren. Sind dagegen die Rückstellfedern 26a, 26b und/oder die Schieberventile 22a, 22b unterschiedlich dimensioniert, so können drei Schaltstellungen und somit drei Einstelllängen der Pleuelstange 1 verwirklicht werden, da die Aktuatorstufen 12a, 12b getrennt ansteuerbar sind.

In Fig. 13 ist eine zweite Aktuatorstufe 12b mit einem inneren Drehschieberteil 14b und einem äußeren Drehschieberteil 15b der in Fig. 12 gezeigten Pleuelstange 1 dargestellt, wobei sowohl der innere Drehschieberteil 14b, als auch der zweiten äußere Drehschieberteil 15b jeweils zwei diametral bezüglich der Drehachse 13 angeordnete Drehkolben 16, 17 aufweisen. Es sind zwei Verdrehendstellungen Ei, E2 des zweiten inneren Drehschieberteiles 14b relativ zum zweiten äußeren Drehschieberteils 15b dargestellt. Mit dieser Anordnung lässt sich beispielsweise ein Verstellwinkel α von etwa 125° pro Aktuatorstufe 12a, 12b verwirklichen.

Bei Fig. 12 und 14 wird die erste Aktuatorstufe 12a über eine Distanzhülse 33 mittels einer Befestigungsschraube 29 am ersten Stangenteil 2 befestigt. Der erste Getriebeteil 7 wird samt dem zweiten Stangenteil 4 in den Führungszylinder 2a des ersten Stangenteils 2 von oben eingeschoben und drehbar gelagert. Mit einer Hohlschraube 30 erfolgt eine Sicherung in axialer Richtung, wobei zwischen der Hohlschraube 30 und dem ersten Getriebeteil 7 eine Distanzhülse 31 vorgesehen sein kann. Mit der Verdrehsicherungseinrichtung 27 wird die Drehposition des zweiten Stangenteils 4 relativ zum ersten Stangenteil 2 fixiert.

Bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführung ist der durch eine Getriebespindel 10 gebildete zweite Getriebeteil 8 einteilig mit dem zweiten Stangenteil 4 ausgeführt. Dagegen zeigt Fig. 14 eine Ausführungsvariante, bei der eine im Wesentlichen hohlzylindrische Getriebespindel 10 als separater Teil gefertigt und mit einer zentralen Befestigungsschraube 32 fest mit dem zweiten Stangenteil 4 verbunden ist.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführung einer Pleuelstange 1, welche sich von der in Fig. 12 dargestellten Ausführung dadurch unterscheidet, dass der innere Drehschieberteil 14a der ersten Aktuatorstufe 12a einen hülsenartigen Fortsatz 34 aufweist, über welchen der Aktuator 11 als Einheit am Stangenteil 2 befestigt ist, Der hülsenartige Fortsatz 34 bildet auch die Drehaufnahme für den inneren Drehschieberteil 14b der zweiten Aktuatorstufe 12b, welcher einstückig mit dem äußeren Drehschieberteil 15a der ersten Aktuatorstufe 12a ausgeführt sein kann. Der innere Drehschieberteil 14a der ersten Aktuatorstufe 12a ist sowohl gegenüber dem ersten Stangenteil 2, als auch gegenüber dem inneren Drehschieberteil 14b der zweiten Aktuatorstufe 12b über Dichtringe 35, 36 abgedichtet. Weitere Dichtringe 37, 38 sind zwischen den äußeren Drehschieberteilen 15a, 15b und dem ersten Stangenteil 2 angeordnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Längenverstellbare Pleuelstange (1) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten Stangenteil (2) und einem zweiten Stangenteil (4), welche beiden Stangenteile (2, 4) relativ zueinander überein Schraubgetriebe (6) in Richtung der Längsachse (la) der Pleuelstange (1) verschiebbar sind, wobei das Schraubgetriebe (6) zumindest einen ersten Getriebeteil (7) und einen mit dem ersten Getriebeteil (7) im Eingriff stehenden zweiten Getriebeteil (8) aufweist, wobei der erste Getriebeteil (7) als Spindelmutter (9) bzw. Gewindespindel (10) und der zweite Getriebeteil (8) als Gewindespindel (10) bzw. als Spindelmutter (9) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubgetriebe (6) über zumindest einen hydraulischen Aktuator (11) betätigbar ist, wobei der hydraulische Aktuator (11) in der Pleuelstange (1) angeordnet ist.
2. Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11) zumindest eine Aktuatorstufe (12; 12a, 12b) mit zumindest einem inneren Drehschieberteil (14; 14a, 14b) und zumindest einem äußeren Drehschieberteil (15; 15a, 15b) aufweist, wobei innerer Drehschieberteil (14; 14a, 14b) und äußerer Drehschieberteil (15; 15a, 15b) relativ zueinander verdrehbar gelagert sind,
3. Pleuelstange (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehschieberteil - vorzugsweise ein äußerer Drehschieberteil (15; 15a, 15b) drehfest mit dem ersten Getriebeteil (7) verbunden ist.
4. Pleuelstange (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom ersten Getriebeteil (7) mechanisch getrennter Drehschieberteil -vorzugsweise ein innerer Drehschieberteil (14; 14a, 14b) drehfest mit dem ersten Stangenteil (2) verbunden ist.
5. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Getriebeteil (7) drehbar und in Richtung der Längsachse (la) der Pleuelstange (1) unverschiebbar im ersten Stangenteil (2) gelagert ist.
6. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Getriebeteil (8) fest mit dem zweiten Stangenteil (4) fest verbunden oder integral mit diesem ausgeführt ist, wobei vorzugsweise die relative Drehlage der Stangenteile (2, 4) zueinander durch zumindest eine Verdrehsicherungseinrichtung (27) fixiert ist.
7. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11) zumindest zwei in Serie geschaltete Aktuatorstufen (12a, 12b) aufweist, wobei eine erste Aktuatorstufe (12a) einen ersten inneren Drehschieberteil (14a) und einen ersten äußeren Drehschieberteil (15a), und eine zweite Aktuatorstufe (12b) einen zweiten inneren Drehschieberteil (14b) und einen zweiten äußeren Drehschieberteil (15b) aufweist, wobei einerseits erster innerer Drehschieberteil (14a) und erster äußerer Drehschieberteil (15a) relativ zueinander verdrehbar gelagert, und andererseits zweiter innerer Drehschieberteil (14b) und zweiter äußerer Drehschieberteil (15b) relativ zueinander verdrehbar gelagert sind.
8. Pleuelstange (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite innere Drehschieberteil (14b) mit dem ersten äußeren Drehschieberteil (15a) drehfest verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet ist.
9. Pleuelstange (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der erste innere Drehschieberteil (14a) mit dem ersten Stangenteil (2) drehfest verbunden und der zweite äußere Drehschieberteil (15b) mit dem ersten Getriebeteil (7) drehfest verbunden ist.
10. Pleuelstange (1) nach Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieberteil (14; 14a, 14b; 15; 15a, 15b) zumindest einer Aktuatorstufe (12; 12a, 12b) zumindest einen radialen Drehkolben (16, 17) -vorzugsweise zumindest zwei radiale Drehkolben (16, 17) - aufweist, wobei jeder Drehkolben (16, 17) zwei voneinander abgewandte Druckseiten (16a, 16b; 17a, 17b) aufweist, und wobei jede Druckseite (16a, 16b; 17a, 17b) des Drehkolbens (16, 17) an jeweils einen vom inneren Drehschieberteil (14; 14a, 14b) und äußeren Drehschieberteil (15; 15a, 15b) der Aktuatorstufe (12; 12a, 12b) aufgespannten Arbeitsraum (18; 18a, 18b; 19; 19a, 19b) grenzt.
11. Pleuelstange (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Arbeitsraum (18; 18a, 18b; 19; 19a, 19b) - vorzugsweise zumindest zwei durch einen radialen Drehkolben (16, 17) getrennte Arbeitsräume (18; 18a, 18b; 19; 19a, 19b) - jeweils mit zumindest einer Steueröffnung (21; 21a, 21b) zumindest eines in der Pleuelstange (1) angeordneten Schieberventils (22; 22a, 22b) strömungsverbunden ist.
12. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Aktuatorstufe (12a, 12b) ein - vorzugsweise jeweils eine Rückstellfeder (26a, 26b) aufweisendes - Schieberventil (22a, 22b) zugeordnet ist.
13. Pleuelstange (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Schieberventile (22a, 22b) unterschiedlicher Aktuatorstufen (12a, 12b) Rückstellfedern (26a, 26b) mit verschiedenen Federkennlinien aufweisen.