AT519947B1

AT519947B1 - Längenverstellbares Pleuel mit zwei teleskopierbaren Pleuelabschnitten

Info

Publication number: AT519947B1
Application number: ATA50401/2018A
Authority: AT
Inventors: Siegfried Lösch Dr; Heller Malte; Riba Zóltan; Latz Steffen; Kai Arens Dr; Bodensteiner Martin; Eder Marc; Bezner Stefanie; Weiss Thomas
Original assignee: Avl List Gmbh; Iwis Motorsysteme Gmbh & Co Kg
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2019-10-15
Also published as: WO2018206817A1; AT519947A3; DE102017110363A1; AT519947A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein längenverstellbares Pleuel (1) mit zwei teleskopierbaren Pleuelabschnitten (2, 3). Ein Pleuelabschnitt (2) weist einen Zylinder auf, in den der Kolben (8) des anderen Pleuelabschnittes (3) eingreift. Der Zylinder ist durch einen Deckel verschlossen, durch den sich hindurch die Kolbenstange (11) des einen Pleuelabschnittes (3) hindurch erstreckt. Die Erfindung sieht vor, dass der Pleuelabschnitt (3) mit dem Kolben (8) einstückig hergestellt und anschließend gebrochen und/oder gecrackt wird, um den Deckel des Zylinders auffädeln zu können. Im Anschluss wird die Kolbenstange (11) stoffschlüssig wieder zusammengefügt, beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein längenverstellbares Pleuel mit zwei teleskopierbaren Pleuelabschnitten, wobei mindestens ein Pleuelabschnitt an einem Ende einen Kolben und am anderen Ende ein Pleuelauge aufweist, wobei Pleuelauge und Kolben über eine Kolbenstange miteinander verbunden sind und die Kolbenstange eine Fügestelle aufweist, an der die Kolbenstange stoffschlüssig zusammengefügt ist. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Pleuelabschnitts.

[0002] Bei Verbrennungshubkolbenmotoren gibt es Entwicklungstendenzen, das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs zu ändern. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie beispielsweise die Kolbenwellenlagerung anzuheben oder abzusenken oder aber auch die Pleuellängen verstellbar zu gestalten. Das kann z.B. dadurch geschehen, dass die Lagerung des Pleuelauges über einen Exzenter verstellbar ausgeführt wird, oder dadurch, dass das Pleuel aus zwei teleskopierbaren Pleuelabschnitten besteht, wobei der eine Abschnitt einen Zylinder aufweist, in den der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben eintaucht. Pleuelauge und Kolben sind bei dieser Ausführung über eine Kolbenstange miteinander verbunden, die durch einen Deckel, mit dem der Zylinder des anderen Pleuelabschnittes abgedichtet ist, hindurchgeführt werden muss. Eine solche Ausführung zeigt beispielsweise die WO 2015/055582 A2. Dort ist der Kolben mithilfe einer Zylinderschraube an das untere Ende des oberen Pleuelabschnittes angeschraubt. Diese Konstruktion erlaubt es, Deckel und andere Bauteile auf die Kolbenstange aufzuschieben, und erst dann den Kolben aufzuschrauben.

[0003] Vergleichbare Lösungen zeigen auch die AT 519 292 A2 und AT 519 298 A2, wo eine längenverstellbare Pleuelstange mit zwei Pleuelteilen beschrieben ist, wobei die Pleuelteile über eine Zylinder-Kolben-Einheit gegeneinander bewegbar sind. Die Zylinder-Kolben-Einheit umfasst dabei Schnittstellen zur Verbindung einzelner Elemente der Pleuelstange.

[0004] Nachteilig an dieser Lösung ist allerdings, dass die Kolbenstange verhältnismäßig massiv ausgebildet sein muss, da sie im Inneren die Befestigungsschraube für den Kolben aufnehmen muss.

[0005] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein längenverstellbares Pleuel zur Verfügung zu stellen, bei dem die Kolbenstange verhältnismäßig schlank ausgebildet sein kann.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kolbenstange nach einstückigem Herstellen des Pleuelabschnitts gebrochen und/oder gecrackt und wieder zusammengefügt wird.

[0007] Wie beim Stand der Technik auch, können vor dem Zusammenfügen der beiden Teile des einen Pleuelabschnitts sämtliche Bauteile, die beim zusammengebauten Zustand des längenverstellbaren Pleuels die Kolbenstange umgeben müssen, aufgefädelt werden, bevor die Kolbenstange an der Fügestelle zusammengefügt wird.

[0008] Das erfindungsgemäße Cracken ist ein gängiges Verfahren, um Passflächen zu erreichen, die ein genaues Wiederzusammenfügen von zwei Teilen ermöglichen. Der Vorteil für das hier in Rede stehende Pleuel ist dabei, dass das Pleuel in einem herkömmlichen Schmiedeprozess hergestellt werden kann und nach dem Zusammenfügen der gebrochenen Abschnitte wieder exakt die gleiche Form einnimmt wie vor dem Cracken. Zudem müssen keine zusätzlichen Passflächen eingearbeitet werden, die ein passgenaues Zusammenfügen der Kolbenstange sicherstellt. Bei einer Ausführungsform sind das Pleuelauge und die Kolbenstange aus dem gleichen Werkstoff (z.B. Stahl), bevorzugt einstückig, hergestellt. Günstigerweise sind das Pleuelauge und der Kolben ausschließlich mittels der an der Kolbenstange vorhandenen Fügestelle miteinander verbunden.

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[0009] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fügestelle an dem augenseitigen Ende der Kolbenstange vorgesehen. Sie befindet sich damit unmittelbar unterhalb des dem Hubkolben des Verbrennungsmotors zugeordneten kleinen Pleuelauge.

[0010] Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Pleuelabschnittes für ein längenverstellbares Pleuel, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass nach einstückigem Herstellen des Pleuelabschnitts die Kolbenstange gebrochen und/oder gecrackt und nach Montage von zumindest Teilen des anderen Pleuelabschnitts wieder zusammengefügt wird. Die dem anderen Pleuelabschnitt zugerechneten Teile sind dabei in aller Regel der Deckel, der den Zylinderraum des anderen Pleuelabschnittes abschließt und von der Kolbenstange durchdrungen wird.

[0011] Besonders bevorzugt wird, wenn die Kolbenstange an der Fügestelle elektronenstrahlverschweißt wird. Allerdings sind auch andere stoffschlüssige Fügeverfahren denkbar, wie z.B. Hartlöten.

[0012] Obwohl das Zusammenfügen der Kolbenstange auch dann ausgeführt werden kann, wenn das längenverstellbare Pleuel insgesamt zusammengebaut wurde, wird erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Zusammenfügen der Kolbenstange erfolgt, nachdem der Deckel, mit dem der Zylinder in dem anderen Pleuelabschnitt verschlossen wird, auf die Kolbenstange aufgefädelt wurde und bevor die beiden teleskopierbaren Pleuelabschnitte ineinander gesteckt werden. Das hat den Vorteil, dass die Fügestelle beim Zusammenfügen der Kolbenstange weit weg von anderen, möglicherweise wärmeempfindlichen, Bauteilen zu liegen kommt. Bevorzugt ist hierzu der Durchmesser (bzw. das relevante Querschnittsmaß) der Kolbenstange kleiner als der Durchmesser des Zylinders, in dem der Kolben bewegbar angeordnet ist, bzw. des Kolbens und weiter bevorzugt kleiner als der Innendurchmesser (bzw. das relevante Querschnittsmaß) der aufzufädelnden Bauteile. Dieses Durchmessermaß der Kolbenstange liegt günstigerweise im Bereich der Fügestelle vor.

[0013] Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

[0014] Fig. 1 in einer schematischen Ansicht ein längenverstellbares Pleuel, und in [0015] Fig. 2 den einen Pleuelabschnitt aus Fig. 1 vor der Montage in den anderen Pleuelabschnitt.

[0016] Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht das längenverstellbare Pleuel 1 aus einem unteren Pleuelabschnitt 2 und einem oberen Pleuelabschnitt 3. Der untere Pleuelabschnitt weist ein großes Pleuelauge 4 auf, mit dem das Pleuel auf der Kurbelwelle gelagert ist, während der obere Pleuelabschnitt ein kleines Pleuelauge 5 aufweist, welcher den hier nicht dargestellten Kolbenbolzen des Hubkolbens eines Verbrennungsmotors aufnimmt.

[0017] Der untere Pleuelabschnitt 2 weist einen radial vom großen Pleuelauge 4 abstehenden Zylinder 6 auf, der am oberen Ende durch einen Zylinderdeckel 7 verschlossen ist.

[0018] Innerhalb des Zylinders 6 ist ein sich an dem unteren Ende des oberen Pleuelabschnitts befindlicher Kolben 8 angeordnet. Der Kolben 8 ist in Fig. 1 in einer Mittelstellung dargestellt, in der er den Zylinder 6 in zwei Druckräume 9 und 10 unterteilt.

[0019] Von dem Kolben 8 aus erstreckt sich eine Kolbenstange 11 des oberen Pleuelabschnitts durch den Zylinderdeckel 7 hindurch und endet an dem kleinen Pleuelauge 5. Der Zylinderdeckel 7 weist eine Dichtung 12 auf, die die Kolbenstange 11 umgibt. In gleicherweise weist der Kolben 8 ebenfalls Dichtungen 13 und 14 auf. Die Unterseite des Zylinderdeckels 7 bildet einen Anschlag 15, wenn sich der Kolben 8 in der oberen Stellung befindet, während der Zylinderboden einen Anschlag 16 bildet, wenn sich der Kolben in der unteren Stellung befindet.

[0020] Am oberen Ende des unteren Pleuelabschnitts 2 ist eine Verdrehsicherung 17 vorgesehen, die mit einer flachen Stelle 18 des oberen Pleuelabschnitts 3 zusammenwirkt. Unterhalb des kleinen Pleuelauges 5 ist in der Kolbenstange 11 eine Trenn-/Fügestelle 19 ausgebildet, an welcher der obere Pleuelabschnitt 3 gebrochen und anschließend durch Elektronenstrahl2/6

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[0021] Die Funktionsweise des längenverstellbaren Pleuels 1 wird im Folgenden kurz erläutert. Die beiden Druckräume 9 und 10 sind jeweils über eine Ablaufleitung, in der sich jeweils ein nicht dargestelltes Rückschlagventil befindet, und über ein ansteuerbares Sperrventil mit der Ölversorgung des Verbrennungsmotors verbunden. Die Verstellung des Pleuels erfolgt dadurch, dass eine der Druckkammern geöffnet wird, so dass Öl abfließen kann. Aufgrund der Massenkräfte bewegt sich der Kolben dann in Richtung des drucklosen Druckraums, bis er den jeweiligen Anschlag erreicht hat. Zurückweichen kann der Kolben 8 nicht, da der andere Druckraum aufgrund des Rückschlagventils zwar mit Öl befüllt werden kann, das Öl aber nicht ablaufen kann. Soll eine andere Pleuellänge eingestellt werden, so verhält es sich genau anders herum. Der eine Druckraum wird geschlossen und der andere geöffnet. Durch die auf den oberen Pleuelabschnitten einwirkenden Kräfte bewegt sich der Kolben dann wiederum in Richtung des drucklosen Druckraums.

[0022] Im Folgenden wird näher erläutert, wie das längenverstellbare Pleuel 1 hergestellt und zusammengebaut wird.

[0023] Zunächst wird der in Fig. 2 dargestellte obere Pleuelabschnitt 3 einschließlich kleines Pleuelauge 5 und Kolben 8 einstückig, beispielsweise durch Schmieden hergestellt. Der so hergestellte obere Pleuelabschnitt 3 wird an der Trenn-/Fügestelle 19 gecrackt, so dass das kleine Pleuelauge 5 von der Kolbenstange 11 abgenommen werden kann.

[0024] Dann wird der Zylinderdeckel 7 auf die Kolbenstange 11 aufgefädelt. Nachdem sämtliche Bauteile, die auf der Kolbenstange 11 sitzen müssen, aufgefädelt wurden, wird das kleine Pleuelauge an der Fügestelle 19 mit der Kolbenstange 11 verbunden, vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißen. Der obere Pleuelabschnitt hat jetzt das Aussehen wie in Fig. 2. Der so komplettierte obere Pleuelabschnitt 3 wird dann mit dem Kolben 8 in den Zylinder 6 des unteren Pleuelabschnittes 2 eingesetzt, wobei der Zylinderdeckel 7 in üblicher Weise, beispielsweise über ein Gewinde oder auch durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren mit dem Zylinder verbunden wird. Schließlich kann auch die Verdrehsicherung 17 aufgebracht werden. Das Pleuel ist nun fertig und kann eingebaut werden.

Claims

1. Längenverstellbares Pleuel (1) mit zwei teleskopierbaren Pleuelabschnitten (2, 3), wobei mindestens ein Pleuelabschnitt (3) an einem Ende einen Kolben (8) und am anderen Ende ein Pleuelauge (5) aufweist, wobei Pleuelauge (5) und Kolben (8) über eine Kolbenstange (11) miteinander verbunden sind und die Kolbenstange (11) eine Fügestelle (19) aufweist, an der die Kolbenstange (11) stoffschlüssig zusammengefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) nach einstückigem Herstellen des Pleuelabschnitts (3) gebrochen und/oder gecrackt und wieder zusammengefügt ist.

2. Längenverstellbares Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestelle (19) an dem augenseitigen Ende der Kolbenstange (11) vorgesehen ist.

3. Verfahren zum Herstellen eines Pleuelabschnitts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einstückigem Herstellen des Pleuelabschnitts (3) die Kolbenstange (11) gebrochen und/oder gecrackt und nach Montage von zumindest Teilen (Zylinderdeckel (7)) des anderen Pleuelabschnitts (2) wieder zusammengefügt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange an der Fügestelle (19) elektronenstrahlverschweißt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) hartgelötet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) an der Fügestelle durch Reibschweißen verbunden wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Pleuelabschnitt (2) einen Zylinder (6) aufweist, in den der eine Pleuelabschnitt (3) mit seinem Kolben (8) eintaucht, wobei der Zylinder (6) durch einen Deckel (7) abschließbar ist, der eine Durchgangsöffnung für die Kolbenstange (11) des einen Pleuelabschnitts (3) aufweist, wobei vor dem Zusammenfügen der Kolbenstange (11) zuerst der Deckel (7) auf die Kolbenstange (11) aufgefädelt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen