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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Exzenterwelle zur Einstellung eines Kolbenhubs einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Exzenterwelle sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Mehrgelenkskurbeltrieb und/oder einer solchen Exzenterwelle. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer solchen Exzenterwelle.
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Aus der
DE 10 2012 001 648 B4 ist ein Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und einer Mehrzahl von drehbar auf Exzenterelementen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleueln bekannt, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Koppelpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Exzenterwelle als gebaute Welle ausgebildet ist und ein Trägerrohr, wenigstens ein zu einer Drehachse der Exzenterwelle exzentrisches, getrennt vom Trägerrohr ausgebildetes Exzenterelement sowie zumindest ein getrennt vom Trägerrohr ausgebildetes Getriebeelement aufweist. Hierdurch soll insbesondere eine einfach und kostengünstig herstellbare Exzenterwelle geschaffen werden können.
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Generell werden mit Exzenterwellen Anlenkpleuel gesteuert, die mit dem Pleuel eines Kolbens über eine Umlenkung mit der Kurbelwelle verbunden sind. Derartige Exzenterwellen dienen dabei der Einstellung, insbesondere der Variation des Kolbenhubes. Die Exzenterwelle dreht sich dabei zum Einstellen des Kolbenhubes nur um wenige Grad, um den Anlenkpleuel über das entsprechende Exzenterelement entsprechend der gewünschten Exzentrizität auszulenken. Über den Kolbenhub lässt sich das Zylindervolumen beeinflussen.
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Generell werden die Lagerstellen (Drehlager) zwischen den Exzenterelementen und den Anlenkpleueln über eine Ölzuführung geschmiert, insbesondere sofern diese als Gleitlager ausgebildet sind. Die Ölversorgung erfolgt dabei über die rohrförmige Exzenterwelle und eine entsprechende Ölbohrung in der Welle und dem Exzenterelement. Da sowohl auf die Exzenterelemente als auch auf ein Antriebselement zum Verdrehen der Exzenterwelle große Drehmomente wirken können, besteht dabei immer die Gefahr des Verdrehens der Exzenterelemente bzw. der Antriebselemente.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Exzenterwelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Drehmomentübertragung zwischen Antriebselement/Exzenterelement und rohrförmiger Welle der Exzenterwelle bei gleichzeitig optimierter Schmierung auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Exzenterelemente sowie zusätzliche oder alternativ ein Antriebselement, welche/welches auf einer rohrförmigen Welle einer Exzenterwelle zur Einstellung eines Kolbenhubes einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, mittels einer Verstiftung drehfest mit dieser rohrförmigen Welle zu verbinden und dadurch eine vergleichsweise hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit zu erzielen. Um dabei jedoch gleichzeitig eine ausreichende Schmierung der Exzenterwelle, insbesondere in den Drehlagern zwischen den jeweiligen Exzenterelementen und einem Anlenkpleuel gewährleisten zu können, weist das zumindest eine Exzenterelement und/oder das Antriebselement erfindungsgemäß eine erste Ölbohrung auf, die bei ausgerichtetem Exzenterelement/Antriebselement mit einer zugehörigen zweiten Ölbohrung in der Welle fluchtet und dadurch die Schmierung des Drehlagers, d.h. des Lagers zwischen dem Exzenterelement und dem Anlenkpleuel, oder des Antriebs ermöglicht. Die erste Ölbohrung und die zweite Ölbohrung sind dabei erfindungsgemäß jedoch lediglich teilweise mit einem Stift belegt, d.h. von einem Stift durchdrungen, der die drehfeste Verbindung zwischen dem Exzenterelement/Antriebselement und der rohrförmigen Welle bewirkt. Zur Verstiftung wird somit die üblicherweise ohnehin vorhandene Ölbohrung verwendet, wobei jedoch durch den lediglich teilweisen Verschluss der Ölbohrung durch den Stift nicht nur eine verbesserte Drehmomentübertragungsfähigkeit zwischen dem Exzenterelement/Antriebselement und der rohrförmigen Welle gewährleistet werden kann, sondern zudem gleichzeitig auch die Schmierung des Antriebs bzw. des Drehlagers über den nicht verschlossenen Teil der ersten und zweiten Ölbohrung weiterhin optimal erfolgen kann. Die lediglich teilweise Nutzung der Ölbohrung zur zusätzlichen Verstiftung des Exzenterelements/Antriebselements mit der Welle erfüllt somit zwei Funktionen, nämlich Ölzuführkanal und Stiftaufnahme. Ist an einem Exzenterelement bzw. Antriebselement keine Schmierung erforderlich, so ist die Ölbohrung hier lediglich als normale Bohrung ausgeführt, so dass der Stift rein theoretisch auch vollständig durchgehen kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung durchdringt die erste Ölbohrung das Exzenterelement/Antriebselement vollständig, während die zweite Ölbohrung die hohle Welle vollständig durchdringt. Der Stift hingegen greift lediglich auf einer Seite in die erste und zweite Ölbohrung ein, so dass die gegenüberliegende Seite der ersten und zweiten Bohrung in dem Exzenterelement/Antriebselement und der Welle zum Ölfluss zur Schmierung genutzt werden kann. Der eigentliche Stift ist somit lediglich halbseitig angeordnet.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Stift als Hülse ausgebildet, was den zusätzlichen Vorteil bringt, dass auch der von der Hülse belegte Teil der ersten und zweiten Ölbohrung trotzdem noch öldurchlässig ist und dadurch für eine Schmierung zur Verfügung steht. In diesem Fall ist es sogar denkbar, dass der hülsenartige Stift die erste und zweite Bohrung auf beiden Seiten einer Wellenachse durchdringt. Auch in diesem Fall wäre die erste und zweite Ölbohrung lediglich teilweise von dem Stift belegt und zwar lediglich in einem radial äußeren Bereich, der der Wandstärke der Hülse entspricht.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind das Antriebselement und/oder das zumindest eine Exzenterelement über eine Presspassung oder einen thermischen Fügesitz mit der Welle verbunden. Selbstverständlich ist denkbar, dass eine Fixierung des Antriebselements/Exzenterelements auf der rohrförmigen Welle ausschließlich durch den Stift erfolgt, wobei selbstverständlich zusätzlich auch eine Vorfixierung, beispielsweise über eine Presspassung oder einen thermischen Fügesitz erfolgen kann, wodurch insbesondere das anschließende Einbringen der ersten und zweiten Ölbohrung vereinfacht wird.
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Zweckmäßig weisen die erste und die zweite Ölbohrung einen Knick auf. Die jeweiligen Hälften der ersten und zweiten Ölbohrung liegen somit nicht auf einer Achse, sondern diese Achse weist einen Knick auf, der dafür sorgt, dass zwischen den beiden Ölteilbohrungen liegender Umfangswinkel mehr oder weniger als 180° aufweist: Dies würde jedoch zwei unabhängige Bohrschritte und damit mehr Aufwand erfordern. Es können jedoch insbesondere Montagegründe vorliegen, die eine derartige Ausgestaltung der ersten und zweiten Ölbohrung vorteilhaft machen. In diesem Fall liegt der beispielsweise von einem als Vollprofil ausgebildeten Stift verschlossene Teil der ersten und zweiten Ölbohrung nicht auf einer Achse der zur Schmierung offenen ersten und zweiten Ölbohrung, sondern versetzt dazu.
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Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Exzenterwelle auszustatten, welche durch ihren Zusatznutzen, nämlich erhöhter Drehmomentübertragungsfähigkeit zwischen Antriebselement/Exzenterelement und rohrförmiger Welle und gleichzeitig optimierter Schmierung besonders vorteilhaft ist.
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Die erfindungsgemäße Exzenterwelle kann dabei wie folgt montiert werden: Zunächst werden das Antriebselement und/oder das zumindest eine Exzenterelement auf eine rohrförmige Welle der Exzenterwelle aufgeschoben und anschließend hinsichtlich ihrer Winkellage auf der rohrförmigen Welle ausgerichtet. Ist dies erfolgt, werden eine erste Ölbohrung durch das Exzenterelement/Antriebselement und eine fluchtend dazu ausgerichtete zweite Ölbohrung in die rohrförmige Welle eingebracht. Abschließend wird ein Stift lediglich teilweise durch die erste und die zweite Ölbohrung geschoben und verschließt diese dadurch lediglich teilweise, schafft jedoch eine drehfeste Verbindung zwischen dem Exzenterelement/Antriebselement und der Welle. Selbstverständlich kann zur Vorfixierung des Antriebselements/Exzenterelements auf der rohrförmigen Welle eine Presspassung oder ein thermischer Fügesitz vorgesehen werden, der insbesondere das Einbringen der ersten und zweiten Ölbohrung vereinfacht.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Exzenterwelle,
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2 eine teilweise transparente Ansicht der Exzenterwelle,
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3 eine Darstellung wie in 2, jedoch in einer reinen Ansicht,
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4 eine Schnittdarstellung durch die Exzenterwelle im Bereich eines Exzenterelements mit hülsenartig ausgebildetem Stift,
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5 eine Darstellung wie in 4, jedoch mit geknickter erster und zweiter Ölbohrung.
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Entsprechend den 1 bis 3, weist eine erfindungsgemäße Exzenterwelle 1 zur Einstellung eines Kolbenhubs einer Brennkraftmaschine 2 eine rohrförmige, hohle Welle 3 und mehrere darauf angeordnete Exzenterelemente 4 auf, die jeweils über ein Drehlager 5 mit einem eigenen Anlenkpleuel 6 gekoppelt sind. Das Drehlager 5 ist dabei vorzugsweise als Gleitlager ausgebildet, wogegen der Anlenkpleuel 6 (vgl. 1) Bestandteil eines Mehrgelenkkurbeltriebes 7 der Brennkraftmaschine 2 sein kann. Gemäß der 1 ist dabei der Übersichtlichkeit halber lediglich ein Anlenkpleuel 6 zeichnerisch dargestellt. Ebenfalls vorgesehen an der erfindungsgemäßen Exzenterwelle 1 ist ein Antriebselement 8, über welches die Exzenterwelle 1 antreibbar/verdrehbar ist. Erfindungsgemäß weist nun zumindest ein Exzenterelement 4 und/oder das Antriebselement 8 eine erste Ölbohrung 9 auf, die bei ausgerichtetem Exzenterelement/Antriebselement 4, 8 mit einer zugehörigen zweiten Ölbohrung 10 in der Welle 3 fluchtet und dadurch eine Schmierung des Drehlagers 5 am Anlenkpleuel 6 oder des Antriebs am Antriebselement 8 ermöglicht. Die erste Ölbohrung 9 und die zweite Ölbohrung 10 sind dabei erfindungsgemäß lediglich teilweise mit einem Stift 11 belegt, der eine drehfeste Verbindung zwischen dem Exzenterelement/Antriebselement 4, 8 und der Welle 3 gewährleistet. Der Stift 11 ist dabei gemäß den Darstellungen in den 1 bis 3 als Vollprofil ausgebildet und verschließt dabei einen Teil der ersten und zweiten Ölbohrung 9, 10. Gemäß der 1 ist dabei der unterhalb einer Wellenachse 12 gelegene Teil der ersten und zweiten Ölbohrung 9, 10 durch den Stift 11 verschlossen, wogegen der oberhalb der Wellenachse 12 liegende Teil der ersten und zweiten Ölbohrung 9, 10 für einen Öldurchfluss offen ist und dadurch für die Schmierung zur Verfügung steht.
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Erfindungsgemäß wird somit lediglich ein Teil der ohnehin vorhandenen Ölbohrungen 9, 10 für die Verstiftung des Exzenterelements 4 bzw. des Antriebselements 8 mit der Welle 3 genutzt, während zumindest ein Teil auch weiterhin für einen Öldurchfluss und damit für eine Schmierung zur Verfügung steht. Unter dem Begriff, dass der Stift 11 die erste und zweite Ölbohrung 9, 10 lediglich "teilweise" verschließt, kann dabei auch ein radial begrenzter Verschluss verstanden werden, der beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass der Stift 11 als Hülse 13 ausgebildet ist, wie dies gemäß den 4 und 5 dargestellt ist. In diesem Fall ist selbst der vom Stift 11 bzw. der Hülse 13 belegte Teil der ersten und zweiten Ölbohrungen 9, 10 noch für die Schmierung verwendbar, da ein Öldurchfluss durch die Hülse 13 möglich ist.
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Üblicherweise durchdringt die erste Ölbohrung 9 das Exzenterelement 4 bzw. das Antriebselement 8 vollständig, wogegen die zweite Ölbohrung 10 die Welle 3 vollständig durchdringt. Der Stift 11 durchgreift, insbesondere bei einer Ausbildung als Vollprofil, die erste und zweite Ölbohrung 9, 10 lediglich auf einer Seite, wie dies gemäß der 1 unterhalb der Wellenachse 12 dargestellt ist. Ist der Stift 11 als Vollprofil ausgebildet, so verschließt er in diesem Bereich die erste und zweite Ölbohrung 9, 10 vollständig.
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Ist der Stift 11 hingegen als Hülse 13 ausgebildet, so ist es denkbar, dass der Stift 11 zweiteilig ausgebildet ist und die erste und zweite Ölbohrung 9, 10 sowohl oberhalb der Wellenachse 12 als auch darunter vollständig durchdringt. Durch die rohr- bzw. hülsenförmige Ausbildung ist trotzdem noch eine Schmierung des Drehlagers 5 möglich und lediglich ein teilweiser Verschluss der Ölbohrungen 9, 10 gegeben.
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Um eine Drehmomentübertragung zwischen dem Exzenterelement 4 bzw. dem Antriebselement 8 und der Welle 3 zusätzlich verbessern zu können, kann das Antriebselement 8 und/das zumindest eine Exzenterelement 4 über eine Presspassung oder über einen thermischen Fügesitz mit der Welle 3 verbunden sein. Auch ist denkbar, dass die erste und zweite Ölbohrung 9, 10 einen Knick aufweisen, wie dies gemäß der 5 dargestellt ist, so dass deren Achsen abgewinkelt zueinander ausgerichtet sind. Bei der gemäß der 4 gezeigten Ausführungsform ist lediglich unterhalb der Wellenachse 12 der hülsenartig ausgebildete Stift 11 eingezeichnet, wobei dieser selbstverständlich optional auch in der oberhalb der Wellenachse 12 gelegenen ersten und zweiten Ölbohrung 9, 10 angeordnet werden kann, ohne dass hierdurch die Schmierfähigkeit beeinträchtigt werden würde.
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Mit der erfindungsgemäßen Exzenterwelle 1 lässt sich eine üblicherweise ohnehin vorhandene Ölbohrung 9, 10 zusätzlich für eine Verstiftung verwenden, mittels welcher die Drehmomentübertragungsfähigkeit zwischen der Welle 3 und dem Exzenterelement 4 bzw. dem Antriebselement 8 gesteigert werden kann. Bei einer hülsenförmigen Ausbildung des Stiftes 11 kann darüber hinaus Gewicht eingespart werden. Eine Schmierung der Drehlager 5 erfolgt über den offenen Teil der Ölbohrungen 9, 10, wobei eine Ölzuführung über einen Innenraum der rohrförmigen Welle 3 erfolgt.
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Montiert wird die erfindungsgemäße Exzenterwelle 1 vorzugsweise wie folgt: Zunächst werden das Antriebselement 8 und/oder zumindest ein Exzenterelement 4 auf die Welle 3 aufgeschoben und hinsichtlich ihrer Winkellage ausgerichtet. Anschließend wird eine erste Ölbohrung 9 durch das Exzenterelement/Antriebselement 4, 8 und eine fluchtend dazu ausgerichtete zweite Ölbohrung 10 in die Welle 3 eingebracht, indem der Verbund aus Exzenterelement 4 bzw. Antriebselement 8 und Welle 3 durchbohrt wird. Um hierbei eine zuverlässige und insbesondere drehfixierte Lage der Exzenterelemente 4 bzw. des Antriebselements 8 und der Welle 3 gewährleisten zu können, können diese bereits über eine Presspassung oder einen thermischen Fügesitz vorfixiert werden. Abschließend wird nun ein Stift 11 lediglich teilweise durch die erste Ölbohrung 9 und die zweite Ölbohrung 10 geschoben und dadurch eine drehfeste Verbindung zwischen dem Exzenterelement/Antriebselement 4, 8 und der Welle 3 geschaffen. Lediglich "teilweise" durchgeschoben bedeutet in diesem Fall, dass lediglich ein Teil der Ölbohrungen 9, 10 von dem Stift 11 bzw. der Hülse 13 belegt ist, so dass entweder ein längenmäßiger Abschnitt der ersten und zweiten Ölbohrung 9, 10 gänzlich frei bleibt, oder aber bei einer hülsenförmigen Ausbildung des Stiftes 11 ein radial innerer Bereich.
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Mit der erfindungsgemäßen Exzenterwelle 1 lässt sich insbesondere die hohe geforderte Drehmomentübertragungsfähigkeit problemlos erreichen, ohne dadurch eine Schmierwirkung zu beeinträchtigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012001648 B4 [0002]
