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Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleueln, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleueln verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage eines Mehrgelenkskurbeltriebs.
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Der Mehrgelenkskurbeltrieb der eingangs genannten Art ist aus dem Stand der Technik bekannt. Er ist üblicherweise Bestandteil der Brennkraftmaschine, kann jedoch auch in anderen Bereichen Anwendung finden. Der Mehrgelenkskurbeltrieb umfasst die Exzenterwelle, deren Drehwinkel mittels einer Stelleinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, verstellt werden kann. Alternativ kann die Exzenterwelle auch mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden und auf diese Weise von dieser antreibbar sein. Der Mehrgelenkskurbeltrieb verfügt über eine der Anzahl der Kolben der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Koppelgliedern, die jeweils drehbar auf dem entsprechenden Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert sind und zwei nach entgegengesetzten Seiten über die Kurbelwelle überstehende, an ihrem Ende jeweils mit einem Schwenkgelenk versehene Arme aufweisen. Eines der Schwenkgelenke dient zur schwenkbaren Verbindung mit dem Kolbenpleuel, der einen der Kolben der Brennkraftmaschine über das Koppelglied mit der Kurbelwelle verbindet. Ein anderes der Schwenkgelenke dient zur schwenkbaren Verbindung mit dem sogenannten Anlenkpleuel, welcher mit seinem anderen Ende drehbar auf dem Hubzapfen der Exzenterwelle gelagert ist.
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Mittels des Mehrgelenkskurbeltriebs kann das in dem dem Kolben jeweils zugeordneten Zylinder erreichte Verdichtungsverhältnis eingestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und/oder dem Arbeitstakt. Zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses wird die Exzenterwelle in eine bestimmte, dem gewünschten Verdichtungsverhältnis entsprechende Drehwinkelstellung gebracht oder die Phasenlage zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle auf einen bestimmten Wert eingestellt. Der bekannte Mehrgelenkskurbeltrieb weist eine geschmiedete und anschließend bearbeitete Exzenterwelle auf. Die Herstellung einer solchen Exzenterwelle ist jedoch sehr aufwendig.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
EP 1 178 194 A2 bekannt. Diese beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis. Zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses ist eine Exzenterwelle vorgesehen, welche über Anlenkpleuel mit drehbar gelagerten Koppelgliedern wirkverbunden ist. Auf der der Exzenterwelle zugewandten Seite jedes Anlenkpleuels ist dabei ein geteiltes Pleuelauge vorgesehen, um eine einfache Montage des jeweiligen Anlenkpleuels an der Exzenterwelle zu ermöglichen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere eine einfach und kostengünstig herzustellende Exzenterwelle aufweist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Exzenterwelle als gebaute Welle vorliegt und ein Trägerrohr, wenigstens einen zu einer Drehachse der Exzenterwelle exzentrischen, getrennt von dem Trägerrohr ausgebildeten Hubzapfen sowie zumindest ein getrennt von dem Trägerrohr ausgebildetes Getriebeelement aufweist. Die Exzenterwelle liegt also nicht als einstückiges Element vor, sondern wird bei der Montage des Mehrgelenkskurbeltriebs aus Einzelteilen zusammengesetzt, wobei die Einzelteile insbesondere das Trägerrohr, den wenigstens einen Hubzapfen und das Getriebeelement umfassen. Das Trägerrohr ist vorzugsweise ein über seine gesamte Länge kreisrunder Hohlzylinder. Getrennt von diesem werden der Hubzapfen und das Getriebeelement ausgebildet beziehungsweise hergestellt. Bei der Montage des Mehrgelenkskurbeltriebs werden also das Trägerrohr, der Hubzapfen und das Getriebeelement als voneinander separate Elemente bereitgestellt. Erst bei der Montage werden die Elemente miteinander verbunden und aneinander befestigt. Entsprechend wird der Herstellungsaufwand für die Exzenterwelle deutlich reduziert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Exzenterwelle ein Anschlags- und/oder Geberrad aufweist. Dieses ist als zusätzliches Element vorgesehen und kann beispielsweise wenigstens einen Endanschlag ausbilden, sodass die Exzenterwelle lediglich unter einem in einem bestimmten Drehwinkelbereich enthaltenen Drehwinkel angeordnet werden kann. Ebenso kann es als Geberrad ausgebildet sein, mittels welchem der momentan vorliegende Drehwinkel der Exzenterwelle und/oder ihre Drehzahl bestimmt werden können.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anlenkpleueln jeweils ein Anlenkpleuelauge aufweisen, dessen Innenwand unmittelbar mit dem Hubzapfen in Gleitkontakt steht. Das Anlenkpleuelauge umschließt den Hubzapfen in Umfangsrichtung – bezogen auf eine Drehachse der Exzenterwelle – vorzugsweise vollständig. Bei bekannten Mehrgelenkskurbeltrieben weist das Anlenkpleuelauge üblicherweise eine Lagerbuchse auf und steht über diese lediglich mittelbar mit dem Hubzapfen in Gleitkontakt. Die gebaute Exzenterwelle erlaubt es jedoch, dass die Innenwand des Anlenkpleuelauges unmittelbar auf den Hubzapfen aufgesetzt werden kann, ohne dass eine geringere Betriebsfestigkeit zu erwarten ist. Beispielsweise kann dazu der Hubzapfen mit einer Beschichtung, insbesondere DLC-Beschichtung (Diamond-like Carbon-Beschichtung), versehen sein. Eine solche Beschichtung ist nur unter hohem Aufwand und entsprechend hohen Kosten auf eine geschmiedete Exzenterwelle aufbringbar. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Innenwand des Anlenkpleuelauges durch Rollieren oder andere geeignete Verfahren verfestigt wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Trägerrohr zumindest einseitig mit einem Verschlussteil verschlossen ist. Als Verschlussteil kann beispielsweise ein Verschlussstopfen dienen. Das Verschlussteil verhindert, dass Schmutz und/oder Feuchtigkeit in das Innere des Trägerrohrs eindringen und dort unter Umständen korrosiv wirken können. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn das Trägerrohr beidseitig jeweils ein solches Verschlussteil aufweist und mittels diesem verschlossen ist. Ist das Verschlussteil als Verschlussstopfen ausgebildet, so wird es bei der Montage des Mehrgelenkskurbeltriebs in das Trägerrohr eingeschoben und ist dort anschließend kraftschlüssig gehalten.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage eines Mehrgelenkkurbeltriebs, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei der Mehrgelenkskurbeltrieb eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleueln aufweist, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Exzenterwelle bei der Montage des Mehrgelenkskurbeltriebs aus einem Trägerrohr, wenigstens einem zu einer Drehachse der Exzenterwelle exzentrischen, getrennt von dem Trägerrohr ausgebildeten Hubzapfen sowie zumindest einem getrennt von dem Trägerrohr ausgebildeten Getriebeelement gebaut wird. Der Mehrgelenkskurbeltrieb beziehungsweise die Exzenterwelle kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Auf die auf diese Weise realisierten Vorteile wurde bereits vorstehend eingegangen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Hubzapfen und das Getriebeelement auf das Trägerrohr aufgebracht und anschließend durch Reibschweißen, Innenhochdruckumformen oder Schrumpfen an dieser befestigt werden. Nach dem Aufbringen der zusätzlichen Elemente, wie dem Hubzapfen und dem Getriebeelement, jedoch beispielsweise auch dem Anschlag- und/oder Geberrad, werden diese an dem Trägerrohr befestigt. Zu diesem Zweck kann insbesondere ein Schweißverfahren, wie Reibschweißen, dienen. Alternativ kann jedoch auch das Trägerrohr durch Umformen aufgeweitet werden, sodass die Elemente nachfolgend sicher an ihm gehalten sind. Dabei kommt beispielsweise Innenhochdruckumformen zum Einsatz. Ebenso können die Elemente durch Schrumpfen auf dem Trägerrohr befestigt werden. Dabei wird üblicherweise das Trägerrohr gekühlt und die, beispielsweise von einer dazu eingerichteten Vorrichtung gehaltenen, Elemente auf das Trägerrohr aufgesteckt. Bei einem nachfolgenden Erwärmen des Trägerrohrs auf Umgebungstemperatur weitet sich dieses auf, sodass die Elemente sicher gehalten sind. Alternativ können bei dem Schrumpfen auch die zusätzlichen Elemente und nicht das Trägerrohr verformt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es selbstverständlich, wenn die Hubzapfen bei ihrer Herstellung beziehungsweise der Montage des Mehrgelenkskurbeltriebs mit ihrer nach der Montage mit der Innenwand des Anlenkpleuelauges in Berührkontakt beziehungsweise Gleitkontakt stehenden Außenfläche einem Beschichtungsverfahren unterzogen werden. Bei diesem kann eine Beschichtung, beispielsweise eine DLC-Beschichtung, aufgebracht werden. Bevorzugt werden mehrere Hubzapfen aus einem Hubzapfenrohling hergestellt. Bevor der Hubzapfenrohling durch ein Trennverfahren in mehrere Hubzapfen aufgeteilt wird, kann die vorstehend genannte Beschichtung auf ihn aufgebracht werden. Insoweit muss nicht jeder einzelne Hubzapfen getrennt mit der Beschichtung versehen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs einer Brennkraftmaschine, und
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2 einen Längsschnitt durch eine Exzenterwelle.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, welche als Reihenbrennkraftmaschine, genauer gesagt als Viertakt-Vierzylinder-Reihenbrennkraftmaschine, vorliegt. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über eine Kurbelwelle 2 und vier Kolben 3, von welchen jeder in einem von vier nicht dargestellten Zylindern der Brennkraftmaschine 1 beweglich gelagert ist. Jeder der vier Kolben 3 ist durch ein Kolbenpleuel 4 mit der Kurbelwelle 2 verbunden. Die Kurbelwelle 2 ist in hier nicht dargestellten Wellenlagern eines ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagert und weist fünf zur Lagerung dienende zentrische Wellenzapfen 5 sowie vier Hubzapfen 6 (von welchen in der Figur jeweils nur einer sichtbar ist) auf, deren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen parallel zu einer Drehachse 7 der Kurbelwelle 2 versetzt sind.
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter eine Exzenterwelle 8, die bevorzugt eine zur Drehachse 7 der Kurbelwelle 2 parallele Drehachse 9 aufweist. Die Exzenterwelle 8 ist beispielsweise neben der Kurbelwelle 2 sowie etwas unterhalb von dieser im Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert und mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt. Neben der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 8 umfasst der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 insgesamt vier Koppelglieder 11, die jeweils auf einem der Hubzapfen 6 der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert sind. Jedes der Koppelglieder 11 weist einen Hubarm 12 auf, der über ein Schwenkgelenk 13 schwenkbar mit einem unteren Ende von einem der Kolbenpleuel 4 verbunden ist. Ein oberes Ende des jeweiligen Kolbenpleuels 4 ist über ein weiteres Schwenkgelenk 14 am zugehörigen Kolben 3 angelenkt. Insgesamt ist also jeder der vier Kolben 3 durch den jeweiligen Kolbenpleuel 4 und das jeweilige Koppelglied 11 mit der Kurbelwelle 2 verbunden.
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Der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 umfasst weiter eine der Anzahl der Kolbenpleuel 4 und der Koppelglieder 11 entsprechende Anzahl von Anlenkpleueln 15. Diese sind beispielsweise ungefähr parallel zu den Kolbenpleueln 4 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 8 jeweils in etwa derselben Ebene wie der dazugehörige Kolbenpleuel 4, jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2, angeordnet. Jeder Anlenkpleuel 15 umfasst eine Pleuelstange 16 und zwei an entgegengesetzten Enden der Pleuelstange 16 angeordnete Pleuelaugen 17, 18, insbesondere mit unterschiedlichen inneren Durchmessern. Das größere Pleuelauge 18 jedes Anlenkpleuels 15 am unteren Ende der Pleuelstange 16 umgibt einen in Bezug zur Drehachse 9 der Exzenterwelle 8 exzentrischen Hubzapfen 19 der Exzenterwelle 8, auf dem der Anlenkpleuel 15 mittels eines Drehlagers 20 drehbar gelagert ist. Das kleinere Pleuelauge 17 am oberen Ende der Pleuelstange 16 jedes Anlenkpleuels 15 bildet einen Teil eines Schwenkgelenks 21 zwischen dem Anlenkpleuel 15 und einem längeren Koppelarm 22 des benachbarten Koppelglieds 11, der auf der zum Hubarm 12 entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2 über diese übersteht.
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Die Exzenterwelle 8 weist zwischen benachbarten exzentrischen Hubzapfen 19 sowie an ihren Stirnenden zur Lagerung der Exzenterwelle 8 in Wellenlagern dienende, zur Drehachse 10 koaxiale Wellenabschnitte 23 auf. Abgesehen von einer variablen Verdichtung kann durch die zuvor beschriebene Anordnung auch die Neigung der Kolbenpleueln 4 in Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder während der Drehung der Kurbelwelle 2 verringert werden, was zu einer Verringerung der Kolbenseitenkräfte und damit der Reibkräfte zwischen den Kolben 2 und Zylinderwänden der Zylinder führt. Insgesamt kann mit dem hier beschriebenen Mehrgelenkskurbeltrieb ein Arbeitshub der Kolben 3 in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine gewählt beziehungsweise eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist die Exzenterwelle 8 über ein hier nicht dargestelltes Exzenterwellengetriebe von der Kurbelwelle 2 angetrieben. Das Exzenterwellengetriebe umfasst zumindest ein auf der Exzenterwelle 8 angeordnetes Getriebeelement 2 (nicht dargestellt).
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Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Exzenterwelle 8. Dabei wird deutlich, dass diese als gebaute Welle vorliegt und zumindest aus einem Trägerrohr 25, welches hohlzylindrisch aufgebaut ist, den Hubzapfen 19 und dem Getriebeelement 24, welches beispielsweise als Zahnrad vorliegt, besteht. Zusätzlich kann auf dem Trägerrohr 25 ein Anschlags- und/oder Geberrad 26 angeordnet sein. Die Wellenabschnitte 23, welche als Lagerstellen dienen, sind hier lediglich angedeutet. Die 2 zeigt, dass ein in dem Trägerrohr 25 vorliegender Hohlraum 27 mittels beidseitig an dem Trägerrohr 25 vorliegenden Verschlussteilen 28 verschlossen ist. Die Verschlussteile 28 sind insbesondere als Verschlussstopfen ausgebildet, werden also bei der Montage des Mehrgelenkskurbeltriebs 10 beziehungsweise der Brennkraftmaschine 1 in das Trägerrohr 25 derart eingebracht, dass sie nachfolgend kraftschlüssig in diesem gehalten sind. Zur Herstellung der Exzenterwelle 8 werden die hier dargestellten Elemente, wie die Hubzapfen 19, das Getriebeelement 24 und das Anschlags- und/oder Geberrad 26 auf das Trägerrohr 25 aufgebracht und anschließend an diesem befestigt, beispielsweise durch Reibschweißen, Innenhochdruckumformen oder Schrumpfen. Prinzipiell ist jedoch die Befestigung auf beliebige Art und Weise realisierbar. Die hier vorgestellte Exzenterwelle 8 bedeutet einen gegenüber üblichen Exzenterwellen deutlich verringerten Herstellungs- und damit Kostenaufwand.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Kolben
- 4
- Kolbenpleuel
- 5
- Wellenzapfen
- 6
- Hubzapfen
- 7
- Drehachse
- 8
- Exzenterwelle
- 9
- Drehachse
- 10
- Mehrgelenkskurbeltrieb
- 11
- Koppelglied
- 12
- Hubarm
- 13
- Schwenkgelenk
- 14
- Schwenkgelenk
- 15
- Anlenkpleuel
- 16
- Pleuelstange
- 17
- Pleuelauge
- 18
- Pleuelauge
- 19
- Hubzapfen
- 20
- Drehlager
- 21
- Schwenkgelenk
- 22
- Koppelarm
- 23
- Wellenabschnitt
- 24
- Getriebeelement
- 25
- Trägerrohr
- 26
- Anschlags- und/oder Geberrad
- 27
- Hohlraum
- 28
- Verschlussteil
