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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, mit einem Zylinderkurbelgehäuse und wenigstens einer Stellwelle, die innerhalb eines bestimmten Stellwinkelbereichs mittels eines Antriebs um ihre Drehachse drehbar ist.
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Die Brennkraftmaschine dient dem Erzeugen beziehungsweise Bereitstellen eines Drehmoments. Sie verfügt über das Zylinderkurbelgehäuse, in welchem wenigstens ein Zylinder zumindest teilweise ausgebildet ist. Der Zylinder liegt vorzugsweise randoffen in dem Zylinderkurbelgehäuse vor und wird von einem mit dem Zylinderkurbelgehäuse verbundenen Zylinderkopf wenigstens bereichsweise abgeschlossen. Die Brennkraftmaschine verfügt zudem über die Stellwelle, die in dem Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Der Stellwelle ist der Antrieb zugeordnet, mittels welchem sie um ihre Drehachse drehbar ist. Das Drehen der Stellwelle mithilfe des Antriebs kann innerhalb des Stellwinkelbereichs erfolgen.
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Der Stellwinkelbereich umfasst eine Vielzahl von Drehwinkelstellungen der Stellwelle und ist vorzugsweise beidseitig begrenzt. Bevorzugt ist der Stellwinkelbereich kleiner als 360°, zum Beispiel beträgt er höchstens 180° oder höchstens 90°. Beispielsweise dient die Stellwelle dazu, das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine beziehungsweise das in dem Zylinder auftretende Verdichtungsverhältnis zu verstellen beziehungsweise einzustellen. In diesem Fall ist vorzugsweise jeder Drehwinkelstellung der Stellwelle ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis zugeordnet. Durch das Drehen der Stellwelle mithilfe des Antriebs kann insoweit das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine verändert werden. Bevorzugt ist die Stellwelle Bestandteil einer Kurbeltriebskinematik, insbesondere eines Mehrgelenkskurbeltriebs.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift US 2006/ 0 180 118 A1 bekannt. Diese betrifft eine Brennkraftmaschine, die über eine Vorrichtung zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses verfügt. Weiterhin beschreibt die Druckschrift
DE 42 10 029 A1 einen Verbrennungsmotor mit veränderlichem Verdichtungsraum, die Druckschrift
DE 10 2012 001 648 B4 einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine sowie die Druckschrift
DE 10 2005 020 261 A1 eine Verstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Brennkraftmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine zuverlässige Drehwinkelbegrenzung für die Stellwelle bereitstellt.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zur Begrenzung einer Drehbewegung der Stellwelle in entgegengesetzte Drehrichtungen ein erster Endanschlag und ein zweiter Endanschlag vorgesehen sind, wobei beide Endanschläge jeweils ein an der Stellwelle ausgebildetes Endanschlagelement und ein dem Zylinderkurbelgehäuse zugeordnetes Endanschlaggegenelement aufweisen, wobei das Endanschlagelement des ersten Endanschlags von dem Endanschlagelement des zweiten Endanschlags in axialer Richtung bezüglich der Drehachse beabstandet angeordnet ist, und wobei die Endanschlaggegenelemente des ersten Endanschlags und des zweiten Endanschlags gemeinsam an einem in das Zylinderkurbelgehäuse eingesetzten Einsetzteil vorliegen.
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Die beiden Endanschläge begrenzen die Drehbewegung der Stellwelle in entgegengesetzte Drehrichtungen. Der erste Endanschlag begrenzt insoweit die Drehbewegung in einer ersten Drehrichtung und der zweite Endanschlag in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung der Stellwelle. Die beiden Endanschläge können dabei unmittelbar den Stellwinkelbereich begrenzen, innerhalb welchem die Stellwelle mithilfe des Antriebs drehbar ist. Wenigstens einer der Endanschläge oder beide Endanschläge können jedoch die Drehbewegung der Stellwelle an einer Drehwinkelstellung begrenzen, welche von dem Stellwinkelbereich beabstandet ist. Beispielsweise begrenzen die Endanschläge einen Drehwinkelbereich, innerhalb welchem die Stellwelle insoweit drehbar ist. Der Drehwinkelbereich kann dabei mit dem Stellwinkelbereich übereinstimmen.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Stellwinkelbereich kleiner ist als der Drehwinkelbereich, sodass die Drehbewegung der Stellwelle bei einem Verdrehen mittels des Antriebs nicht von den Endanschlägen begrenzt wird. In diesem Fall sind die Endanschläge beispielsweise für den Fall einer Fehlfunktion des Antriebs vorgesehen. Insbesondere wenn die Stellwelle zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine dient, wirken auf sie während eines Betriebs der Brennkraftmaschine permanent Kräfte, welche auf ein Drehen der Stellwelle gerichtet sind. Diesen Kräften kann unter Verwendung des Antriebs entgegengewirkt werden. Steht der Antrieb, beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion, jedoch nicht zur Verfügung, so können die Kräfte eine Drehbewegung der Stellwelle bewirken. Um jedoch auch in diesem Fall keine unkontrollierte Drehbewegung der Stellwelle zuzulassen, sind die Endanschläge vorgesehen.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Endanschläge verfügen jeweils über ein Endanschlagelement sowie ein Endanschlaggegenelement. Das Endanschlagelement ist der Stellwelle zugeordnet beziehungsweise an dieser ausgebildet. Bevorzugt liegt das Endanschlagelement einstückig und/oder materialeinheitlich mit der Stellwelle vor. Beispielsweise ist das Endanschlagelement in Form eines Nockens an der Stellwelle realisiert. Das Endanschlaggegenelement ist dagegen dem Zylinderkurbelgehäuse zugeordnet. Das bedeutet, dass über das Endanschlaggegenelement von dem Endanschlagelement auf das Endanschlaggegenelement aufgebrachte Kräfte unmittelbar in das Zylinderkurbelgehäuse eingeleitet werden. Zur Begrenzung der Drehbewegung der Stellwelle wirkt das Endanschlagelement mit dem Endanschlaggegenelement zusammen, indem es an ihm anliegt, vorzugsweise flächig. Das Endanschlaggegenelement wird insoweit von dem Endanschlagelement mit einer bestimmten Kraft beaufschlagt. Diese soll in das Zylinderkurbelgehäuse eingeleitet werden.
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Zu diesem Zweck ist das Endanschlaggegenelement beispielsweise an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt, beispielsweise mithilfe einer Schraubverbindung. Während es selbstverständlich vorgesehen sein kann, dass die von dem Endanschlagelement auf das Endanschlaggegenelement bewirkte Kraft über die Schraubverbindung in das Zylinderkurbelgehäuse eingetragen wird, soll die Kraft besonders bevorzugt unmittelbar von dem Endanschlaggegenelement auf das Zylinderkurbelgehäuse aufgeprägt werden, also unter Umgehung der Schraubverbindung. Auf diese Art und Weise kann eine übermäßige Belastung der Schraubverbindung vermieden werden, sodass diese insgesamt kleiner ausgelegt werden kann. Die Schraubverbindung steht im Rahmen dieser Beschreibung vorzugsweise stellvertretend für eine beliebige Befestigung des Einsetzteils an dem Zylinderkurbelgehäuse. Beispielsweise umfasst die Schraubverbindung wenigstens ein Befestigungsmittel, bevorzugt eine Schraube oder einen Bolzen, das in eine Montagerichtung durch das Einsetzteil in das Zylinderkurbelgehäuse eingebracht wird.
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Die Endanschlagelemente, also das Endanschlagelement des ersten Endanschlags und das Endanschlagelement des zweiten Endanschlags, sind in axialer Richtung bezüglich der Drehachse voneinander beabstandet angeordnet, während die Endanschlaggegenelemente, also wiederum das Endanschlaggegenelement des ersten Endanschlags und das Endanschlaggegenelement des zweiten Endanschlags, gemeinsam an dem Einsetzteil vorliegen. Das Einsetzteil ist ein in das Zylinderkurbelgehäuse eingesetztes Element, welches an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt ist, beispielsweise mittels der Schraubverbindung. Selbstverständlich kann jedoch das Einsetzteil auch auf andere Art und Weise an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt sein.
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Durch die beabstandete Anordnung der Endanschlagelemente an der Stellwelle können die entsprechenden Endanschlaggegenelemente derart angeordnet werden, dass sie die von einem an dem jeweiligen Endanschlaggegenelement anliegenden Endanschlagelement auf das Endanschlaggegenelement bewirkte Kraft unmittelbar in das Zylinderkurbelgehäuse einleitet, indem es an diesem anliegt. Bevorzugt liegen also nach der Anordnung des Einsetzteils in dem Zylinderkurbelgehäuse beide Endanschlaggegenelemente permanent an dem Zylinderkurbelgehäuse an. Die gemeinsame Anordnung der Endanschlaggegenelemente an dem Einsetzteil ermöglicht zudem eine einfache Montage der Brennkraftmaschine. Besonders bevorzugt ist das Einsetzteil derart ausgestaltet, dass es auch ohne Befestigung an dem Zylinderkurbelgehäuse nicht von der von dem Endanschlagelement auf das Endanschlaggegenelemente ausgeübten Kraft aus dem Zylinderkurbelgehäuse herausgedrängt, sondern vielmehr lediglich gegen das Zylinderkurbelgehäuse gedrängt wird.
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Beispielsweise ist das Endanschlagselement derart ausgerichtet, dass bei einem Beaufschlagen des Endanschlagselements durch das Endanschlaggegenelement das Befestigungsmittel bezüglich seiner Montagerichtung allenfalls angewinkelt, insbesondere senkrecht, kraftbeaufschlagt wird, nicht oder allenfalls geringfügig jedoch in Montagerichtung beziehungsweise entgegen der Montagerichtung. Beispielsweise liegt die Montagerichtung des Befestigungsmittels parallel zu einer ebenen Anlagefläche des Endanschlagelements wenigstens eines der Endanschläge, insbesondere beider Endanschläge.
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Beispielsweise besteht das Einsetzteil aus einem anderen Material als das Zylinderkurbelgehäuse, insbesondere ist das Material des Einsetzteils härter als das des Zylinderkurbelgehäuse. Bevorzugt ist das Zylinderkurbelgehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und/oder das Einsetzteil aus Stahl oder einer Stahllegierung. Das Einsetzteil ist bevorzugt einstückig und starr ausgebildet. Das Einsetzteil kann austauschbar an dem Zylinderkurbelgehäuse vorliegen beziehungsweise austauschbar an diesem befestigt sein. Die Befestigung ist somit reversibel, also ohne Beschädigung des Zylinderkurbelgehäuses und/oder des Einsetzteils lösbar. Somit kann es nach einem Anschlagen eines der Endanschlagelemente an einem der Endanschlaggegenelemente ohne weiteres gewechselt werden, insbesondere falls ein durch das Anschlagen ein Verschleiß beziehungsweise eine Beschädigung aufgetreten ist. Das Einsetzteil liegt insoweit beispielsweise als sogenanntes Opferteil vor, welches anstelle des Zylinderkurbelgehäuse durch die Endanschlagelemente beaufschlagt wird beziehungsweise werden kann.
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Das Einsetzteil vermeidet zuverlässig eine Beschädigung des Zylinderkurbelgehäuses. Dies wird zum einen durch eine gleichmäßige Krafteinleitung in das Zylinderkurbelgehäuse bei einem Anschlagen des Endanschlagelements an dem entsprechenden Endanschlaggegenelement und zum anderen durch eine optionale Dämpfung durch das Einsetzteil erzielt. Das Einsetzteil kann insoweit als Dämpfungselement dienen beziehungsweise als solches ausgestaltet sein. Hierzu kann das Einsetzteil wenigstens eine gezielte Materialschwächung, insbesondere in Form einer Ausnehmung, zum Beispiel einer Bohrung, aufweisen oder auf andere Art und Weise mit Dämpfungseigenschaften versehen sein, beispielsweise durch eine entsprechende Materialwahl.
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Die erwähnte Bohrung ist, bevorzugt randgeschlossen, in dem Einsetzteil zwischen der Anlagefläche und einer der Anlagefläche gegenüberliegenden, dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandten Seite des Einlegeteils ausgebildet. Beispielsweise liegen mehrere Bohrungen parallel beabstandet in dem Einsetzteil angeordnet sein. Die wenigstens eine Materialschwächung kann lediglich für eines der Endanschlaggegenelemente oder für beide Endanschlaggegenelemente vorliegen. Die Dämpfung kann durch geeignete Wahl der Anzahl, der Anordnung und/oder der Form der Materialschwächung auf einen bestimmten Wert eingestellt werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Endanschlagelement des ersten Endanschlags eine ebene Anlagefläche aufweist, die in einer ersten Drehwinkelstellung der Stellfläche vollflächig an einer ebenen Gegenanlagefläche des Endanschlaggegenelements des ersten Endanschlags anliegt, und das Endanschlagelement des zweiten Endanschlags eine ebene Anlagefläche aufweist, die in einer zweiten Drehwinkelstelle der Stellwelle vollflächig an einer ebenen Gegenanlagefläche des Endanschlaggegenelements des zweiten Endanschlags anliegt.
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Beide Endanschlagelemente verfügen insoweit jeweils über eine separate Anlagefläche, welche eben ist. Liegt die Stellwelle in der entsprechenden Drehwinkelstellung, also entweder der ersten Drehwinkelstellung oder der zweiten Drehwinkelstellung vor, so liegt diese Anlagefläche vollflächig an dem jeweiligen Endanschlaggegenelement beziehungsweise der Gegenanlagefläche des Endanschlaggegenelements an. Der vorstehend erwähnte Stellwinkelbereich wird insoweit von der ersten Drehwinkelstellung und der zweiten Drehwinkelstellung zwischen sich eingeschlossen beziehungsweise in entgegengesetzte Drehrichtungen begrenzt.
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Insoweit im Rahmen dieser Beschreibung lediglich von einem der Endanschläge und/oder dem Endanschlagelement, dem Endanschlaggegenelement, der Anlagefläche oder der Gegenanlagefläche eines der Endanschläge die Rede ist, so sind die entsprechenden Ausführungen selbstredend auf den jeweiligen anderen Endanschlag beziehungsweise auf beide Endanschläge übertragbar.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Endanschlaggegenelemente der Endanschläge auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse angeordnet sind, wobei die Gegenanlageflächen der Endanschlaggegenelemente beabstandet, insbesondere parallel beabstandet, voneinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass bezüglich einer gedachten Ebene, welche die Drehachse in sich aufnimmt, die Endanschlaggegenelemente beziehungsweise deren Gegenanlageflächen auf gegenüberliegenden Seiten vorliegen. Besonders bevorzugt sind die Gegenanlageflächen dabei parallel zueinander. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann es zudem vorgesehen sein, dass die Gegenanlageflächen jeweils parallel zu der gedachten Ebene angeordnet sind.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Endanschlaggegenelemente in axialer Richtung bezüglich der Drehachse aneinandergrenzend oder voneinander beabstandet an dem Einsetzteil angeordnet sind. Insoweit überlappen die Endanschlaggegenelemente beziehungsweise deren Gegenanlageflächen in axialer Richtung nicht miteinander. Vielmehr grenzen sie allenfalls unmittelbar aneinander an. Besonders bevorzugt sind sie jedoch voneinander beabstandet angeordnet.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Endanschlaggegenelemente auf ihrer der Drehachse abgewandten Seite an dem Zylinderkurbelgehäuse anliegen. Bevorzugt liegen die beiden Endanschlaggegenelemente nach der Montage des Einsetzteils an dem Zylinderkurbelgehäuse permanent an diesem an. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Endanschlaggegenelemente wird erreicht, wie bereits vorstehend erläutert, dass bei einem Anliegen eines der Endanschlagelemente an dem entsprechenden Endanschlaggegenelement letzteres in Richtung des Zylinderkurbelgehäuses beziehungsweise an dieses gedrängt wird, sodass die von dem Endanschlagelement auf das Endanschlaggegenelement aufgeprägte Kraft unmittelbar in das Zylinderkurbelgehäuse eingeleitet werden kann.
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Entsprechend ist kein mittelbares Einleiten über die Schraubverbindung notwendig, sodass diese wesentlich weniger belastet wird. Bevorzugt sind die Endanschlagelemente und die Endanschlaggegenelemente derart angeordnet, dass die Endanschlagelemente auf der der Drehachse zugewandten Seite des Endanschlaggegenelements an diesem anliegen beziehungsweise anliegen können. Das bedeutet, dass das Endanschlaggegenelement zwischen dem entsprechenden Endanschlagelement sowie dem Zylinderkurbelgehäuse angeordnet sind.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Anliegen eines der Endanschlagelemente an dem entsprechenden Endanschlaggegenelement das Endanschlaggegenelement in Richtung des Zylinderkurbelgehäuses oder an das Zylinderkurbelgehäuse gedrängt wird. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine können die durch das Begrenzen der Drehbewegung der Stellwelle zwischen dem Endanschlagelement und dem Endanschlaggegenelement wirkenden Kräfte unmittelbar in das Zylinderkurbelgehäuse eingeleitet werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anlageflächen auf derselben Seite einer die Drehachse aufnehmenden gedachten ersten Ebene und zumindest teilweise auf unterschiedlichen Seiten einer senkrecht auf der ersten Ebene stehenden gedachten zweiten Ebene angeordnet sind. Mit einer solchen Anordnung der Anlageflächen wird ein vergleichsweise großer Drehwinkelbereich der Stellwelle zwischen den Endanschlägen erzielt. Die beiden gedachten Ebenen stehen senkrecht aufeinander und nehmen jeweils die Drehachse der Stellwelle in sich auf. Eine Schnittgerade zwischen den beiden Ebenen entspricht insoweit vorzugsweise der Drehachse der Stellwelle. Die Anlageflächen liegen nun jeweils vollständig auf derselben Seite der ersten Ebene vor, jedoch zumindest teilweise auf unterschiedlichen Seiten der zweiten Ebene. Selbstverständlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Anlageflächen vollständig auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Ebene vorliegen.
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Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anlageflächen parallel zueinander oder unter einem Winkel zueinander angeordnet sind, der mindestens 150°, mindestens 160°, mindestens 170° oder mindestens 175° beträgt. Sind die Anlageflächen parallel zueinander angeordnet, so liegen sie bevorzugt zusätzlich in derselben Ebene, fluchten also miteinander. Alternativ können die Anlageflächen gegeneinander angewinkelt sein, sodass also die Anlageflächen definierende Ebenen einander schneiden. Hierbei ist ein Winkel von mindestens 150° vorgesehen. Selbstverständlich können jedoch auch größere oder kleinere Winkel verwendet werden.
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Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Einsetzteil mindestens ein Axiallagerelement zur Axiallagerung der Stellwelle vorliegt, wobei das Axiallagerelement als ein über ein Grundelement des Einsetzteils überstehender, wenigstens mit einem der Endanschlaggegenelemente unmittelbar verbundener, insbesondere die Endanschlaggegenelement miteinander verbindender, Steg ausgebildet ist. Das Einsetzteil dient also nicht lediglich der Bereitstellung der Endanschlaggegenelemente, sondern zusätzlich der Realisierung eines Axiallagers für die Stellwelle. Zu diesem Zweck verfügt das Einsetzteil über das wenigstens eine Axiallagerelement. Dieses steht über das Grundelement des Einsetzteils über und ist insbesondere als Steg ausgestaltet.
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Das Axiallagerelement ist mit wenigstens einem der Endanschlaggegenelemente unmittelbar verbunden, also beispielsweise einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem Endanschlaggegenelement ausgestaltet. Besonders bevorzugt verbindet das Axiallagerelement die beiden Endanschlaggegenelemente miteinander, ist also mit beiden einstückig und/oder materialeinheitlich ausgestaltet. Die beiden Endanschlaggegenelemente stehen bevorzugt in dieselbe Richtung wie das Axiallagerelement über das Grundelement des Einsetzteils über. Es kann vorgesehen sein, dass die Befestigung des Einsetzteils über das Grundelement erfolgt. Beispielsweise greift an dem Grundelement die Schraubverbindung an. Insbesondere weist das Grundelement zu diesem Zweck wenigstens eine Schraubenaufnahmeöffnung auf, durch welche eine Schraube hindurch mit dem Zylinderkurbelgehäuse verschraubt ist beziehungsweise verschraubt werden kann.
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Schließlich kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass das Axiallagerelement zwischen die Endanschlagelemente eingreift, wobei an jedem der Endanschlagelemente eine dem Axiallagerelement zugewandte, mit dem Axiallagerelement zur Axiallagerung der Stellwelle zusammenwirkende ebene Axiallagerfläche ausgebildet ist, und/oder dass mehrere Axiallagerelemente vorliegen, die mit wenigstens zwei in axialer Richtung beabstandet von den Endanschlagelementen an der Stellwelle ausgebildeten Axiallagerflächen zur Axiallagerung der Stellwelle zusammenwirken. Grundsätzlich können insoweit zwei Ausführungsformen unterschieden werden. In einer ersten Ausführungsform ist das Axiallagerelement zwischen den Endanschlagelementen angeordnet und wirkt mit diesen zusammen, um die Stellwelle in axialer Richtung zu fixieren. Zu diesem Zweck weisen die Endanschlagelemente an ihren Stirnseiten in axialer Richtung die Axiallagerflächen auf. Die Axiallagerfläche jedes Endanschlagelements ist dem Axiallagerelement zugewandt und liegt vorzugsweise permanent an einer Lagerfläche des Axiallagerelements an.
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Alternativ können mehrere Axiallagerelemente vorgesehen sein, die jeweils eine Axiallagerfläche aufweisen, welche - in axialer Richtung gesehen - auf gegenüberliegenden Seiten des Einsetzteils vorliegen. Die Axiallagerflächen sind dabei in axialer Richtung vorzugsweise von den Endanschlagelementen beabstandet angeordnet, wenngleich die Axiallagerelemente, wie vorstehend erläutert, einstückig und/oder materialeinheitlich mit wenigstens einem der Endanschlaggegenelemente, insbesondere beiden
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Endanschlaggegenelementen, ausgestaltet sein können. Bei dieser zweiten Ausführungsform sind an der Stellwelle Axiallagerflächen ausgebildet, welche beispielsweise kreisringförmig und an einem Wellenvorsprung der Stellwelle ausgebildet sind.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die beiden Ausführungsformen der Axiallagerung zu kombinieren, sodass insgesamt wenigstens drei Axiallagerelemente vorliegen, von welchen eines zwischen die Endanschlagelemente eingreift und die anderen die von den Endanschlagelementen beabstandeten Axiallagerflächen aufweisen.
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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 zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Stellwelle für eine Brennkraftmaschine, die Endanschlagelemente zweier Endanschläge aufweist,
- 2 ein Einsetzteil zur Anordnung an oder in einem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine, an welchem Endanschlaggegenelemente der Endanschläge ausgebildet sind,
- 3 eine Schnittdarstellung durch einen Bereich der Brennkraftmaschine, wobei die Stellwelle in einer ersten Drehwinkelstellung vorliegt,
- 4 eine Längsschnittdarstellung durch den Bereich der Brennkraftmaschine,
- 5 das Einsetzteil in einer zweiten Ausführungsform, sowie
- 6 eine schematische Darstellung eines Bereichs des Zylinderkurbelgehäuses, der Stellwelle und einer dritten Ausführungsform des Einsetzteils.
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Die 1 zeigt einen Teil einer Stellwelle 1, die Bestandteil einer Brennkraftmaschine 2 ist. Beispielsweise ist die Stellwelle 1 in einem Zylinderkurbelgehäuse 3 (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 2 drehbar gelagert. Die Stellwelle 1 ist insbesondere Bestandteil einer Vorrichtung zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine 2. Beispielsweise ist die Stellwelle 1 als Exzenterwelle ausgestaltet, die Bestandteil eines Mehrgelenkskurbeltriebs ist. Bevorzugt verfügt der Mehrgelenkskurbeltrieb über eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen der Stellwelle 2 beziehungsweise Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleuelstangen, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einer Kolbenpleuelstange eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einer der Anlenkpleuelstangen verbunden ist.
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Die Stellwelle 1 ist mittels eines hier nicht dargestellten Antriebs um ihre Drehachse 4 drehbar. Das Drehen der Stellwelle 1 mithilfe des Antriebs ist dabei vorzugsweise innerhalb eines bestimmten Stellwinkelbereichs durchführbar. Um eine Drehbewegung der Stellwelle 1 in entgegengesetzte Drehrichtungen zu begrenzen, sind ein erster Endanschlag 5 sowie ein zweiter Endanschlag 6 vorgesehen. Beide Endanschläge 5 und 6 verfügen jeweils über ein der Stellwelle zugeordnetes Endanschlagelement 7 beziehungsweise 8, welches in der hier dargestellten Ausführungsform in Form eines Nockens vorliegt. Jedes Endanschlagelement 7 beziehungsweise 8 verfügt über eine ebene Anlagefläche 9 beziehungsweise 10, die bei einer entsprechenden Drehwinkelstellung der Stellwelle 1 mit einem Endanschlaggegenelement 11 beziehungsweise 12 (hier nicht dargestellt) beziehungsweise einer Gegenanlagefläche 13 beziehungsweise 14 des Endanschlaggegenelements 11 beziehungsweise 12 zusammenwirkt, um die Drehbewegung der Stellwelle 1 zu begrenzen.
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Die Anschlagelemente 7 und 8 oder zumindest die Anlageflächen 9 und 10 sind in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 4 voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen den Endanschlagelementen 7 und 8 kann insoweit ein Zwischenraum 15 vorliegen. Dieser kann zur Axiallagerung der Stellwelle 1 genutzt werden, indem ein Axiallagerelement 16 (hier nicht dargestellt) in den Zwischenraum 15 beziehungsweise zwischen die Endanschlagelemente 7 und 8 eingreift und mit an den Endanschlagelementen 7 und 8 ausgebildeten Axiallagerflächen 17 und 18 zum Festsetzen der Stellwelle 1 in axialer Richtung zusammenwirken. Zusätzlich oder alternativ können Axiallagerflächen 19 und 20 an Wellenvorsprüngen 21 und 22 der Stellwelle 1 vorliegen.
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Die 2 zeigt eine Darstellung eines Einsetzteils 23, das ein Grundelement 24 und die von diesem ausgehenden Endanschlaggegenelemente 11 und 12 aufweist. Es wird deutlich, dass die Endanschlaggegenelemente 11 und 12 in Form von Stegen vorliegen, die besonders bevorzugt einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem Grundelement 24 ausgebildet sind. Die Endanschlaggegenelemente 11 und 12 werden von dem hier ebenfalls dargestellten Axiallagerelement 16 miteinander verbunden, welches ebenfalls in Form eines Stegs ausgebildet ist. Das Axiallagerelement 16 ist einstückig und/oder materialeinheitlich mit den Endanschlaggegenelementen 11 und 12 sowie dem Grundelement 24 ausgebildet. Das Axiallagerelement 16 weit eine formangepasste Aussparung 25 zur Aufnahme der Stellwelle 1 auf.
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Wie bereits vorstehend erläutert, greift das Axiallagerelement 16 nach seiner Montage vorzugsweise in den Zwischenraum 15 ein. Das Axiallagerelement 16 und/oder der Zwischenraum 15 sind beispielsweise in axialer Richtung derart bemessen, dass die Endanschlagelemente 7 und 8 insbesondere permanent an dem Axiallagerelement 16 anliegen. Zur Befestigung des Einsetzteils 23 an der Brennkraftmaschine 2 beziehungsweise dem Zylinderkurbelgehäuse 3 sind in dem Grundelement 24 Schraubenaufnahmeöffnungen 26 ausgebildet. Diese weisen jeweils eine hier lediglich angedeutete Längsmittelachse 27 auf.
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Die 3 zeigt eine Querschnittdarstellung durch einen Bereich der Brennkraftmaschine 2, wobei das Zylinderkurbelgehäuse 3, die Stellwelle 1 sowie das Einsetzteil 23 zu erkennen sind. Die Stellwelle 1 liegt in einer bestimmten Drehwinkelstellung vor. In dieser liegt das Endanschlagelement 8 des zweiten Endanschlags 6 mit seiner Anlagefläche 10 an dem Endanschlaggegenelement 12 beziehungsweise dessen Gegenanlagefläche 14 an. Entsprechend ist eine Drehbewegung der Stellwelle 1 in Richtung des Endanschlaggegenelements 12 beziehungsweise in Richtung des Pfeils 28 begrenzt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Anlagefläche 10 und die Gegenanlagefläche 14 flächig aneinander anliegen, also jeweils eben ausgestaltet sind.
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Weiterhin wird deutlich, dass in dieser Drehwinkelstellung der Stellwelle 1 das Endanschlaggegenelement 12 einerseits an dem Endanschlagelement 8 und andererseits an dem Zylinderkurbelgehäuse 3 anliegt. Es wird bei einem in Richtung des Pfeils 28 gerichteten Drehmoments der Stellwelle 1 von dem Endanschlagelement 8 eine Kraft auf das Endanschlaggegenelement 12 bewirkt, welche unmittelbar in das Zylinderkurbelgehäuse 3 eingeleitet wird, ohne eine Kraft auf eine Schraubverbindung des Einsetzteils 23 an dem Zylinderkurbelgehäuse 3 zu bewirken. Insoweit stützt sich das Endanschlagelement 8 zumindest im übertragenen Sinne, nämlich über das Einsetzteil 23, unmittelbar an dem Zylinderkurbelgehäuse 3 ab.
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Die 4 zeigt eine Längsschnittdarstellung des Bereichs der Brennkraftmaschine 2. Es ist erkennbar, dass das Axiallagerelement 16 zwischen die Endanschlagelemente 7 und 8 eingreift und in axialer Richtung gesehen an beiden beziehungsweise an ihren Axiallagerflächen 17 und 18 anliegt.
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Die 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Einsetzteils 23. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Diese liegen im Wesentlichen darin, dass anstelle des Axiallagerelements 16 zwei Axiallagerelemente 29 und 30 vorliegen, wobei das Axiallagerelement 29 unmittelbar mit dem Endanschlaggegenelement 11 und das Axiallagerelement 30 unmittelbar mit dem Endanschlaggegenelement 12 verbunden, insbesondere einstückig und/oder materialeinheitlich ausgestaltet ist.
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Die Axiallagerelemente 29 und 30 sind in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 4 voneinander beabstandet. Die Axiallagerelemente 29 und 30 wirken mit den vorstehend bereits beschriebenen Axiallagerflächen 19 und 20 zusammen, um die Stellwelle 1 in axialer Richtung festzusetzen. Analog zu dem Axiallagerelement 16 sind die Axiallagerelemente 16 sind die Axiallagerelemente 29 und 30 an die Stellwelle 1 formangepasst und weisen entsprechend Aussparungen 31 und 32 auf. Optional kann selbstverständlich zusätzlich zu den Axiallagerelementen 29 und 30 das Axiallagerelement 16 vorgesehen sein, welches die beiden Endanschlaggegenelemente 11 und 12 in diesem Fall miteinander verbindet.
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Mit einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 2 ist es möglich, die aus einem Drehmoment der Stellwelle 1 resultierenden Kraft auf eines der Endanschlaggegenelemente 11 und 12 beziehungsweise auf das Einsetzteil 23 nicht lediglich mittelbar über die Schraubverbindung in das Zylinderkurbelgehäuse 3 einzuleiten, sondern vielmehr unmittelbar. Dies wird durch das Anliegen der Endanschlaggegenelemente 11 und 12 an dem Zylinderkurbelgehäuse 3 realisiert, welche zudem durch das Endanschlagelement 7 beziehungsweise 8 bei entsprechender Drehwinkelstellung der Stellwelle 1 in Richtung des Zylinderkurbelgehäuses 3 gedrängt werden.
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Es ist erkennbar, dass in dem Endanschlaggegenelement 12 mehrere gezielte Materialschwächungen, hier in Form von Bohrungen vorliegend, ausgebildet sind. Die Bohrungen sind dabei bevorzugt in Umfangsrichtung bezüglich ihren Längsmittelachsen randgeschlossen in dem Endanschlaggegenelement 12 ausgebildet. Derartige Materialschwächungen können auch in der Endanschlaggegenelement 11 ausgebildet sein. Sie dienen der Bereitstellung einer Dämpfung bei einem Anschlagen eines der Endanschlagelemente 7 oder 8 an dem entsprechenden Endanschlaggegenelement 11 oder 12.
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Die 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs des Zylinderkurbelgehäuses, der Stellwelle und einer dritten Ausführungsform des Einsetzteils 23. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede hingewiesen. Diese liegen darin, dass die Gegenanlagefläche 13 beziehungsweise eine diese in sich aufnehmende gedachte Ebene bezüglich der Längsmittelachse 27 der Schraubenaufnahmeöffnung 26 angewinkelt ist, also mit ihr einen Winkel α einschließt, der größer als 0° und kleiner als 180° ist. Vorzugsweise beträgt der Winkel α mindestens 30° und höchstens 60°. Mithin verlaufen die Gegenanlagefläche 13 und die Längsmittelachse 27 nicht parallel zueinander, wie dies bei den zuvor erläuterten Ausführungsformen der Fall sein kann. Selbstverständlich kann jedoch auch bei diesen die angewinkelte Anordnung der Gegenanlagefläche 13 und/oder eine analoge angewinkelte Anordnung der Gegenanlagefläche 14 bezüglich der Längsmittelachse 27 vorliegen.
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Gerät die Anlagefläche 9 in Kontakt mit der Gegenanlagefläche 13, so wird letztere mit einer durch den Pfeil 33 angedeuteten Kraft beaufschlagt, die das Einsetzteil 23 in Richtung des Zylinderkurbelgehäuses 3 beziehungsweise an dieses drängt. Für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfolgt dies mit einer Kraft, die im Wesentlichen senkrecht auf der Längsmittelachse 27 steht. Aufgrund der angewinkelten Anordnung der Gegenanlagefläche 13 wird die Kraft - im Querschnitt gesehen - in zwei Komponenten aufgeteilt, wobei eine durch den Pfeil 34 angedeutete Kraftkomponente senkrecht auf der Längsmittelachse 27 steht und eine durch den Pfeil 35 angedeutete andere Kraftkomponente parallel zu ihr verläuft.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Kraftkomponente gemäß Pfeil 34 der auch bei den anderen Ausführungsformen auftretenden Kraft entspricht. Die Kraftkomponente gemäß Pfeil 35 ist dagegen derart ausgerichtet, dass das Einsetzteil 23 in dem Zylinderkurbelgehäuse 3 gehalten beziehungsweise in es hinein gedrängt wird. Weil das Einsetzteil 23 beziehungsweise dessen Grundelement 24 außen auf dem Zylinderkurbelgehäuse 3 aufliegt, wird es auch in dieser Richtung an das Zylinderkurbelgehäuse 3 gedrängt. Entsprechend ist das Einsetzteil 23 zuverlässig an beziehungsweise in dem Zylinderkurbelgehäuse 3 gehalten.
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Die beschriebene Ausgestaltung der Gegenanlagefläche 13 kann selbstverständlich alternativ oder zusätzlich für die Gegenanlagefläche 14 vorgesehen sein.
