DE102015109580A1

DE102015109580A1 - Einleger und Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015109580A1
Application number: DE102015109580.7A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schulze; Stefanie Hutzelmann; Alexander Mudra
Original assignee: Hilite Germany GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2016-10-27
Also published as: WO2016169670A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Einleger (5, 6) zur Lagerung eines Endteils (21) einer Stützstange (3, 4), insbesondere einer Stützstange eines Pleuels (1), mit einem Außenteil (40), welcher einen Aufnahmebereich (31) im Inneren des Außenteils (40) aufweist, wobei der Aufnahmebereich (31) zur Sicherung des Endteils (21) gegen Herausgleiten aus dem Aufnahmebereich (31) ein radial nach innen ragendes Sicherungselement (54) aufweist, das von einer ersten Position zum Einführen des Endteils (21) in den Aufnahmebereich (31) in die radial nach innen ragende Position zur Sicherung des Endteils (21) im Aufnahmebereich (31) bewegbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Pleuel (1) mit einem solchen Einleger (5, 6).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Einleger zur Lagerung eines Endteils einer Stützstange, insbesondere einer Stützstange eines Pleuels für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine sowie ein solches Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes „Klopfen“ der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen“ auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuellänge bekannt.
Ein gattungsgemäßes Pleuel ist beispielsweise aus der DE 10 2013 014 090 A1 bekannt. Der darin beschriebene Exzenterhebel ist gekröpft vorgesehen und weist beidseitig Bohrungen für Zylinderrollen auf, mittels welchen Stützstangen am Exzenterhebel befestigt werden. Die Fertigung dieser Verbindung ist aufwendig und Toleranzabweichungen sind in Folge kaum zu vermeiden. Ferner ist die Ausführung der Stützstangen/Exzenterhebel-Verbindung aufgrund ihrer bestehenden rotatorischen und translatorischen Freiheitsgrade sehr anfällig für Toleranzabweichungen im Exzenterhebel. Das Material eines beispielsweise kaltverfestigten Exzenterhebels kann im Betrieb des Pleuels durch die eingepressten Zylinderrollen möglicherweise überkritisch belastet werden.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Einleger zur Lagerung eines Endteils einer Stützstange, insbesondere einer Stützstange eines Pleuels für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welcher hoch belastbar ist und Fertigungstoleranzen zulässt.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Einleger zur Lagerung eines Endteils einer Stützstange zu schaffen.
Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Einleger zur Lagerung eines Endteils einer Stützstange, insbesondere einer Stützstange eines Pleuels für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, der ein Außenteil umfasst, welcher einen Aufnahmebereich im Inneren des Außenteils aufweist. Der Aufnahmebereich weist zur Sicherung des Endteils gegen Herausgleiten aus dem Aufnahmebereich ein radial nach innen ragendes Sicherungselement auf, das von einer ersten Position zum Einführen des Endteils in den Aufnahmebereich in die radial nach innen ragende Position zur Sicherung des Endteils im Aufnahmebereich bewegbar ist.
In der ersten Position zum Einführen des Endteils in den Aufnahmebereich ragt das Sicherungselement gar nicht in den Aufnahmebereich oder nur so weit, dass das Endteil problemlos eingeführt werden kann. Insbesondere kann das Sicherungselement durch einen Wandbereich des Außenteils gebildet werden, beispielsweise eine radial nach innen ragende Prägung. Vorteilhaft ist das Endteil der Stützstange in dem Aufnahmebereich in alle Raumrichtungen verschwenkbar und gleichzeitig wegen des Sicherungselements axial nur mit hoher Auszugskraft aus dem Aufnahmebereich herausziehbar. Das Außenteil kann zweckmäßigerweise aus einem Material mit hoher Härte hergestellt sein, sodass der Einleger auch hohe Kräfte aufnehmen kann, ohne durch Überbeanspruchung überkritisch belastet zu werden und dadurch möglicherweise zu versagen. So werden Formtoleranzen beibehalten und nicht durch Überbelastung aufgeweitet, so dass die Funktion des Einlegers in Frage gestellt wäre. Auch können Fertigungstoleranzen durch ein solches Sicherungselement ausgeglichen werden, um eine zuverlässige Funktion des Einlegers als Lager für das Endteil der Stützstange zu gewährleisten. Auch kann durch die Realisierung eines solchen Sicherungselements eine hohe Bewegungsfreiheit der Stützstange bei gleichzeitiger Gewährleistung der Verliersicherheit erreicht werden. Vorteilhaft ragt das Sicherungselement nicht über die Außenkontur des Einlegers hinaus, sondern in einen Innenbereich des Einlegers, so dass eine kompakte Bauform des Einlegers erreicht werden kann und der Einleger auch bauraumkonform beispielsweise in oder an einem Exzenterhebel eines Pleuels angeordnet sein kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Aufnahmebereich als Kugelkopfaufnahme mit einem zylindrischen Bereich zum Einführen eines Kugelkopfes und einem daran anschließenden gewölbten Bereich zur Lagerung des Kugelkopfes ausgebildet sein. Besonders günstig kann der Einleger als Teil eines Kugelgelenks ausgestaltet sein, so dass der Aufnahmebereich eine Kugelkopfaufnahme bildet, in welche ein Kugelkopf über einen zylindrischen Bereich eingeführt werden kann, an welchen sich ein gewölbter Bereich anschließt, der in seinem Kontaktbereich mit dem Kugelkopf an die Außenkontur des Kugelkopfs angepasst ist und in dem der Kugelkopf gelagert werden kann. Gleichzeitig bietet der gewölbte Bereich eine definierte Endlage des Kugelkopfs in axialer Richtung. Der gewölbte Bereich ist vorteilhafterweise etwa so tief wie der Radius des Kugelkopfes. Der zylindrische Bereich bietet Platz für das Sicherungselement und ist im Durchmesser größer als der Kugelkopf. Der Kugelkopf, der beispielsweise das Endteil einer Stützstange bilden kann, kann so leicht in den Aufnahmebereich eingeführt werden und über einen großen Winkelbereich sich frei bewegen und ist dennoch durch das Sicherungselement gegen ein Herausgleiten aus dem Aufnahmebereich gesichert oder nur mit hoher axialer Kraft aus dem Aufnahmebereich ausziehbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Außenteil an seiner Außenwand wenigstens eine Ausnehmung mit verformbarem Grund aufweisen, wobei der Grund verformbar ist, um zumindest bereichsweise das Sicherungselement zu bilden. Vorteilhaft kann der Grund nach dem Einsetzen des Kugelkopfes als Endteil sanft nach innen gedrückt werden, so dass sich der Grund sanft an die Außenfläche des Kugelkopfes anlegt. So kann der Grund wenigstens bereichsweise einen Hinterschnitt bilden, der das Sicherungselement darstellen kann. Dabei kann der Grund geschlossen sein oder bereichsweise durchbrochen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die wenigstens eine Ausnehmung am Übergang zwischen gewölbtem Bereich und zylindrischem Bereich oder im zylindrischen Bereich angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Kugelkopf beispielsweise in dem gewölbten Bereich frei beweglich sein und über einen großen Winkelbereich rotierbar, während die Ausnehmung am Übergang zwischen gewölbtem Bereich und zylindrischem Bereich oder im zylindrischen Bereich das Sicherungselement bildet und ein Herausgleiten des Kugelkopfs aus dem gewölbten Bereich verhindert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ausnehmung eine Sacklochbohrung sein. Eine solche Sacklochbohrung ist bei der Herstellung günstig an dem Einleger anzubringen und einen zumindest teilweise erhaltenen Bohrungsgrund aufweisen. Der Bohrungsgrund kann so einen dünnen Steg bilden, der leicht nach innen gedrückt und passend verformt werden kann, um das Sicherungselement zu bilden. Auf diese Weise ist das Sicherungselement fertigungstechnisch günstig darzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können zwei oder mehr Sacklochbohrungen am Umfang des Außenteils angeordnet sein. Auch können zwei oder mehr Sacklochbohrungen ausgebildet sein, um eine zuverlässige Sicherung gegen ein Herausgleiten des Kugelkopfes als Endteil einer Stützstange aus dem Aufnahmebereich zu verhindern. Mehrere als Sicherungselement umgeformte Sacklochbohrungen können auch Kräfte durch den Kugelkopf günstiger aufnehmen als eine einzelne Bohrung, da von verschiedenen Seiten angegriffen werden kann und ein eventuelles Verkanten des Endteils in dem Aufnahmebereich vermieden werden kann. Dadurch ist eine Vergleichmäßigung der durch die Sicherungselemente auf den Kugelkopf ausgeübten Kraft möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ausnehmung als Ringnut in der Außenwand des Außenteils ausgebildet sein. Eine Vielzahl von Sacklochbohrungen am Umfang eines Einlegers ist auch als Ringnut darstellbar, deren Grund dann über ein zangenartiges Werkzeug leicht nach innen gedrückt werden kann, um so das Sicherungselement zu bilden. Das Werkzeug bewegt dabei den Grund der Sacklochbohrungen oder der Nut von der ersten Position in die nach innen in den Aufnahmebereich ragende Sicherungsposition. Der Grund der Sacklochbohrungen oder der Nut kann nach Einführen des Kugelkopfs verformt werden und rundum am Kugelkopf anliegen. Denkbar ist auch, den Nutgrund nur an einzelnen Stellen nach innen zu drücken.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Sicherungselement mittels Umformung eines geschlossenen Grunds der Ausnehmung als radial nach innen gerichtete Wölbung gebildet sein. Eine solche Wölbung stellt einen günstigen Hinterschnitt dar, der ein Herausgleiten des Endteils aus dem Aufnahmebereich zuverlässig verhindern kann und gleichzeitig sich von der gerundeten Form der Wölbung günstig an eine Kugelkopfform anlegen kann, so dass der Kugelkopf trotzdem über einen großen Winkelbereich frei beweglich bleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können ein oder mehrere Vorsprünge an Seiten des Außenteils angeordnet sein, die insbesondere zur Aufnahme von Aussparungen eines Exzenterhebels des Pleuels vorgesehen sind. Ein erfindungsgemäßer Einleger kann über einen oder mehrere Vorsprünge vorteilhaft beispielsweise an einem Exzenterhebel angebracht werden und so sicher befestigt sein. Über die Vorsprünge ist eine stabile Montage an dem Exzenterhebel möglich, so dass auch höhere Kräfte, welche durch den Exzenterhebel auf ein Endteil einer Stützstange übertragen werden sollen, günstig aufgebracht werden können. Über die Vorsprünge ist eine vorteilhafte Krafteinleitung von dem Exzenterhebel in den Einleger und damit auf das Endteil möglich. Die Vorsprünge lassen sich bei geeigneter Werkstoffwahl günstig mit dem Exzenterhebel verbinden, beispielsweise verschweißen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge vorgeschlagen, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit wenigstens einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter und an dem Exzenterhebel angreifende Stützstangen aufweist.
Erfindungsgemäß sind dabei die Stützstangen in am Exzenterhebel befestigten Einlegern gelagert.
Die Einleger weisen jeweils ein Außenteil mit einem Aufnahmebereich im Inneren des Außenteils auf, wobei der Aufnahmebereich zur Sicherung des Endteils gegen Herausgleiten aus dem Aufnahmebereich ein radial nach innen ragendes Sicherungselement aufweist, das von einer ersten Position zum Einführen des Endteils in den Aufnahmebereich in die radial nach innen ragende Position zur Sicherung des Endteils im Aufnahmebereich bewegbar ist. In der ersten Position zum Einführen des Endteils in den Aufnahmebereich ragt das Sicherungselement gar nicht in den Aufnahmebereich oder nur so weit, dass das Endteil problemlos eingeführt werden kann.
Über die Anbindung der Stützstangen mit Hilfe von Einlegern an den Exzenterhebel wird eine definierte Schnittstelle geschaffen, die an die Endteile der Stützstangen angepasst ist und mit verschieden ausgebildeten Exzenterhebeln leicht verbunden werden kann. Die Anpassung eines solchen Verbindungsgelenks an die Endteile der Stützstangen ist wegen der nötigen Freiheitsgrade der Stützstangen aufwendiger als die Anbindung des Verbindungsgelenks an den Exzenterhebel, so dass es günstig ist, das Verbindungsgelenk von der Formgebung her an die Endteile der Stützstangen anzupassen und dafür zu sorgen, dass das Verbindungsgelenk möglichst einfach und zuverlässig an den Exzenterhebel anzuordnen und zu montieren ist. Auf diese Weise ist eine günstige Beweglichkeit der Endteile der Stützstangen über einen größeren Winkelbereich zu erreichen, da die Schnittstelle dafür ausgelegt ist, während auf der anderen Seite die Anbindung an die Exzenterhebel möglichst einfach und dauerhaft darstellbar ist.
Die Erfindung erlaubt so eine vereinfachte Exzenterhebelkonstruktion, so dass die Fertigung des Exzenterhebels wesentlich verbessert werden kann. Zudem erlaubt die vorgesehene Ausbildung der Stützstangen eine Reduzierung der Herstellkosten sowie eine Verringerung der Exzenterhebelbelastung. Der Einleger ist günstig herzustellen, einfach zu montieren und bietet eine hohe Sicherheit gegen ein ungewolltes Herausziehen des Endteils der Stützstange aus dem Aufnahmebereich des Einlegers und damit aus dem mit diesem verbundenen Exzenterhebel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Einleger an den Exzenterhebel geschweißt vorgesehen sein. Dadurch sind die Einleger einfach und zuverlässig an den Exzenterhebeln anzuordnen. Außerdem ist auf diese Weise eine hohe Betriebssicherheit des Pleuels gewährleistet, da die Stützstangen so mit großer Sicherheit gegen ein ungewolltes Abkoppeln von dem Exzenterhebel geschützt sind und eine Fehlfunktion des Pleuels mit variabler Pleuellänge vermieden werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Stützstangen wenigstens an einem Ende einen Kugelkopf aufweisen und mit den Einlegern jeweils ein Kugelgelenk bilden. Ein Kugelkopf stellt eine sehr zweckmäßige geometrische Form eines Endteils der Stützstangen dar, da der Kugelkopf eine hohe Beweglichkeit über einen großen Winkelbereich erlaubt. Auch kann ein Gegenlager zur Aufnahme des Kugelkopfs mit einer ähnlichen kugelförmigen Geometrie sehr günstig gestaltet werden, so dass dadurch ein sehr effektives Kugelgelenk realisiert werden kann. Ein solches Kugellager ist günstig herzustellen und bietet einen zuverlässigen reibungsarmen Betrieb der Funktion eines Pleuels mit variabler Pleuellänge.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Stützstangen an beiden Enden einen Kugelkopf aufweisen. Auch das Gegenlager zu dem Aufnahmebereich des Einlegers im Exzenterhebel kann günstig als Kugelkopf gestaltet werden. Auf diese Weise kann eine vorteilhafte Bewegungsfreiheit der Stützstange im Exzenterhebel und in einem antreibenden Kolben, der am anderen Ende mit der Stützstange verbunden werden kann und ebenfalls mit einer Kugelkopfaufnahme zweckmäßig zu gestalten ist, gewährleistet werden. Bei einer symmetrischen Ausbildung der Stützstange könnte sogar auf eine richtungsgebundene Montage der Stützstange verzichtet werden, da sie dann in beiden Ausrichtungen montierbar wäre.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Exzenterhebel mehrteilig ausgebildet sein. Günstig stellt sich eine parallele Anordnung von zwei Exzenterhebelteilen zu einem verbundenen Exzenterhebel dar, welche einen Exzenter umfassen und durch zwei Einleger an zwei Enden fest verbunden sind. Auf diese Weise ist eine vorteilhafte Krafteinleitung in den Exzenterhebel möglich. Auch ist so die Montage der Einleger in dem Exzenterhebel günstig zu gestalten und gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit des verstellbaren Pleuels.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Stützstangen in den Einlegern durch ein Sicherungselement verliersicher gelagert vorgesehen sein. Das Sicherungselement verhindert durch eine hinterschnittartige Funktion ein Herausgleiten des Endteils der Stützstange aus dem Aufnahmebereich des Einlegers und damit aus dem mit dem Einleger verbundenen Exzenterhebel, da eine freie Öffnung des Einlegers durch das Sicherungselement im Durchmesser kleiner ist als ein mittlerer Durchmesser des Endteils der Stützstange. So wird das Endteil der Stützstange verliersicher in dem Aufnahmebereich des Einlegers gelagert und gewährt dennoch eine hohe Beweglichkeit der Stützstange über einen großen Winkelbereich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann als Sicherungselement ein verformbarer Grund einer Ausnehmung der Einleger vorgesehen sein. Vorteilhaft kann der Grund nach dem Einsetzen des Endteils sanft nach innen gedrückt werden, so dass sich der Grund an die Außenfläche des Endteils anlegt. So kann der Grund wenigstens bereichsweise einen Hinterschnitt bilden, der das Sicherungselement darstellen kann. Dabei kann der Grund geschlossen sein oder bereichsweise durchbrochen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann als Ausnehmung wenigstens eine Sacklochbohrung vorgesehen sein, deren Grund wenigstens bereichsweise als Hinterschnitt umformbar ist. Eine solche Sacklochbohrung ist bei der Herstellung günstig an dem Einleger anzubringen und kann einen zumindest teilweise erhaltenen Bohrungsgrund aufweisen. Der Bohrungsgrund kann so einen dünnen Steg bilden, der leicht nach innen gedrückt und passend verformt werden kann, um das Sicherungselement zu bilden. Auf diese Weise ist das Sicherungselement fertigungstechnisch günstig darzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Umformen der Einleger nach deren Montage im Exzenterhebel erfolgen, wobei der Exzenterhebel Durchgangsbohrungen aufweist, welche mit den Sacklochbohrungen der Einleger zur Einführung eines Werkzeuges fluchten. Durch die Durchgangsbohrungen kann ein Teil eines Werkzeugs wie beispielsweise einer Backe eines zangenartigen Werkzeugs in die Sacklochbohrungen des Einlegers von beiden Seiten eingreifen. Beim Zudrücken der beiden Backen der Zange kann so der Grund der Sacklochbohrungen radial nach innen verformt werden und so das Sicherungselement als hinterschnittartige Verengung eines Teils des Aufnahmebereichs des Einlegers ausbilden. Auf diese Weise lässt sich das Sicherungselement kostengünstig herstellen.
Alternativ kann das Umformen der Einleger gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung auch vor deren Montage im Exzenterhebel erfolgen. In ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben lässt sich so das Sicherungselement auch vor der Montage des Einlegers im Exzenterhebel herstellen. Dazu wird das Endteil der Stützstange in den Einleger eingelegt und dann der Grund der Sacklochbohrung verformt wie beschrieben. Danach kann der Einleger mit der daran angeordneten Stützstange in dem Exzenterhebel montiert und fest verbunden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Exzenterhebel gekröpft vorgesehen sein. Eine gekröpfte Bauform des Exzenterhebels kann zweckmäßig für die Montage des Einlegers sein, da auf diese Weise ein Anschlag für das Anlegen der Einleger vor der Befestigung, beispielsweise durch Verschweißen mit dem Exzenterhebel, vorhanden ist.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung kann der Exzenterhebel auch ungekröpft vorgesehen sein. Alternativ kann es für bestimmte Bauformen des Pleuels auch günstig sein, wenn der Exzenterhebel ungekröpft ausgebildet ist. Dadurch kann der Einleger beim Befestigen auf dem Exzenterhebel frei positioniert werden und so in günstiger Weise mit dem Exzenterhebel über eine Ausrichtung in der Montage positionsgenau verbunden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Exzenterhebel Aussparungen aufweisen, in welche Vorsprünge der Einleger eingreifen. Ein Einleger kann über einen oder mehrere Vorsprünge vorteilhaft an einem Exzenterhebel angebracht werden und so sicher befestigt sein, wenn der Exzenterhebel beispielsweise über Aussparungen verfügt, in welche die Vorsprünge eingreifen können. Über die Vorsprünge ist eine stabile Montage an dem Exzenterhebel möglich, so dass auch höhere Kräfte, welche durch den Exzenterhebel auf ein Endteil einer Stützstange übertragen werden sollen, günstig aufgebracht werden können. Über die mit den Aussparungen verbundenen Vorsprünge ist eine vorteilhafte Krafteinleitung von dem Exzenterhebel in den Einleger und damit auf das Endteil möglich. Die Vorsprünge lassen sich bei geeigneter Werkstoffwahl günstig mit dem Exzenterhebel verbinden, beispielsweise verschweißen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Vorsprünge der Einleger komplementär zu den Aussparungen so ausgebildet sein, dass eine Außenkontur der Einleger mit einer Außenkontur des Exzenterhebels in Richtung einer Exzenterachse fluchtet. Bauraumtechnisch besonders günstig ist es, wenn die Vorsprünge der Einleger so in die Aussparungen des Exzenterhebels eingreifen können, dass die Einleger damit in der Außenkontur des Exzenterhebels umfasst sind. Dazu ergänzen die Vorsprünge der Einleger die Außenkontur des Exzenterhebels zweckmäßig so, als ob sie einen Teil der Außenkontur des Exzenterhebels darstellen und damit die Außenkontur des Exzenterhebels geschlossen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
1 in isometrischer Darstellung ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit zwei Stützstangen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 in längsgeschnittener Darstellung das Pleuel aus 1;
3 in Seitenansicht einen Exzenterhebel des Pleuels mit zwei Einlegern, an denen Stützstangen befestigt sind, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4a in längsgeschnittener Darstellung einen in einen zweiteiligen Exzenterhebel montierten Einleger mit eingelegter Stützstange vor der Umformung der Sacklochbohrungen;
4b in längsgeschnittener Darstellung den Einleger nach der Umformung des Grunds der Sacklochbohrungen;
5a in Seitenansicht einen Exzenterhebel für ein Pleuel nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Aussparung;
5b in Seitenansicht einen Exzenterhebel für ein Pleuel nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Aussparungen; und
6 in isometrischer Darstellung einen Einleger mit Vorsprüngen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt in isometrischer Darstellung ein Pleuel 1 für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit zwei Stützstangen 3, 4 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 2 ist dazu das Pleuel 1 längsgeschnitten dargestellt. Das Pleuel 1 weist eine Exzenter-Verstelleinrichtung 18 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge auf, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung 18 einen mit wenigstens einem Exzenterhebel 8 zusammenwirkenden Exzenter 7 und an dem Exzenterhebel 8 angreifende Stützstangen 3, 4 aufweist. Die Stützstangen 3, 4 sind in am Exzenterhebel 8 befestigten Einlegern 5, 6 gelagert.
Das Pleuel 1 weist ein oberes Kolbenbolzenlagerauge 17 auf, in dem ein nicht näher dargestellter Kolbenbolzen eingesteckt ist. Dieser Kolbenbolzen ist in üblicher Weise fest in einen Brennraumkolben der Brennkraftmaschine eingesteckt. Das Kolbenbolzenlagerauge 17 ist mittels einer Exzenter-Verstelleinrichtung 18 um eine Schwenkachse schwenkbar, die parallel versetzt zur Längsachse L des Kolbenbolzenlagerauges 17 liegt. Somit ist es möglich, das Kolbenbolzenlagerauge 17 in seinem Abstand zu einer Pleuellagerachse eines Pleuellagers zu verändern. Damit kann eine variable Verdichtung des Brennraums verwirklicht werden.
Die Exzenter-Verstelleinrichtung 18 umfasst einen schwenkbar in einer Bohrung des Pleuels 1 angeordneten Exzenter 7. Der Exzenter 7 ist mit einem zweiteilig ausgeführten Exzenterhebel 8 verbunden, von welchem sich zwei Arme diametral zueinander erstrecken. An Enden dieser beiden Arme greifen Stützstangen 3, 4 an. Diese sind gelenkig mit zwei Kolben 2 verbunden. Somit ist es möglich, den Exzenter 7 innerhalb der Bohrung des Pleuels 1 zu schwenken. Dabei fährt der eine Kolben 2 aus einer zylinderförmigen Bohrung innerhalb des Pleuels 1 aus, während der andere Kolben 2 in eine zylinderförmige Bohrung des Pleuels 1 einfährt. Fährt der in der Zeichnung linke Kolben 2 ein, so wird der Exzenter 7 in Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt. Fährt hingegen der in der Zeichnung rechte Kolben 2 ein, so wird der Exzenter 7 in Drehrichtung entsprechend dem Uhrzeigersinn geschwenkt. Die Drehung in Richtung des Uhrzeigersinns bewirkt eine Verlagerung des Kolbenbolzenlagerauges weiter nach oben bzw. weiter von der Pleuellagerachse hinfort. Damit wird der Abstand vergrößert und die Verdichtung im Brennraum erhöht.
Um diese beiden Stufen der Verdichtung zu steuern, ist ein nicht gezeigtes Umschaltventil in einer Ventilaufnahmebohrung angeordnet.
Wie den 1 und 2 sowie insbesondere den 4a und 4b zu entnehmen ist, sind die Stützstangen 3, 4 in am Exzenterhebel 8 befestigten Einlegern 5, 6 mittels eines Sicherungselements 54 verliersicher gelagert. Die Einleger 5, 6 sind mit dem Exzenterhebel 8 fest verbunden und dabei vorzugsweise an den Exzenterhebel 8 geschweißt vorgesehen.
In 3 ist ein Exzenterhebel 8 des Pleuels 1 mit zwei Einlegern 5, 6, an denen Stützstangen 3, 4 befestigt sind, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Seitenansicht vergrößert dargestellt.
Die 4a, 4b zeigen in längsgeschnittener Darstellung einen in einen zweiteiligen Exzenterhebel 8 montierten Einleger 5 mit eingelegter Stützstange 3 vor, bzw. nach der Umformung von Sacklochbohrungen 12, 13 als Sicherungselement 54.
Die Stützstangen 3, 4 sind in den Einlegern 5, 6 durch das Sicherungselement 54 verliersicher gelagert. Dieses Sicherungselement 54 wird vorteilhafterweise durch Umformen (Bördeln, Prägen) der Einleger 5, 6 ausgebildet. Hierzu weisen die Einleger 5, 6 als Ausnehmung 50 Sacklochbohrungen 12, 13 zur Einführung eines Werkzeuges auf, mittels welchem das Umformen vor der Befestigung im Exzenterhebel 8 erfolgt. Als Sicherungselement 54 ist dazu ein verformbarer Grund 52 der Ausnehmung 50 der Einleger 5, 6 vorgesehen. Der Grund 52 ist zu diesem Zweck wenigstens bereichsweise als Hinterschnitt umformbar.
Die Einleger 5, 6 dienen erfindungsgemäß zur Lagerung eines Endteils 21 der Stützstange 3, 4 des Pleuels 1 und umfassen einen Außenteil 40, welcher einen Aufnahmebereich 31 aufweist. Besonders günstig kann der Einleger 5, 6 als Teil eines Kugelgelenks ausgestaltet sein, so dass der Aufnahmebereich 31 eine Kugelkopfaufnahme 30 bildet, in welche ein Kugelkopf 20 als Endteil 21 der Stützstange 3, 4 über einen zylindrischen Bereich 34 eingeführt werden kann, an welchen sich ein gewölbter Bereich 32 anschließt, der in seinem Kontaktbereich mit dem Kugelkopf 20 an die Außenkontur des Kugelkopfs 20 angepasst ist und in dem der Kugelkopf 20 gelagert werden kann. Gleichzeitig bietet der gewölbte Bereich 34 eine definierte Endlage des Kugelkopfs 20 in axialer Richtung. Der gewölbte Bereich 34 ist vorteilhafterweise etwa so tief wie der Radius des Kugelkopfes 20. Der zylindrische Bereich 34 bietet Platz für das Sicherungselement 54 und ist im Durchmesser größer als der Kugelkopf 20. Der Kugelkopf 20, der beispielsweise das Endteil 21 einer Stützstange 3, 4 bilden kann, kann so leicht in den Aufnahmebereich 31 eingeführt werden und über einen großen Winkelbereich sich frei bewegen und ist dennoch durch das Sicherungselement 54 gegen ein Herausgleiten aus dem Aufnahmebereich 31 gesichert oder nur mit hoher axialer Kraft aus dem Aufnahmebereich 31 ausziehbar.
Der Aufnahmebereich 31 weist zur Sicherung des Endteils 21 gegen Herausgleiten aus dem Aufnahmebereich 31 im Inneren des Aufnahmebereichs 31 das radial nach innen ragende Sicherungselement 54 auf, das von einer ersten Position zum Einführen des Endteils 21 in den Aufnahmebereich 31 in die radial nach innen ragende Position zur Sicherung des Endteils 21 im Aufnahmebereich 31 bewegbar ist. Der Aufnahmebereich 31 des in den 4a, 4b dargestellten Ausführungsbeispiels ist als Kugelkopfaufnahme 30 mit dem zylindrischen Bereich 34 zum Einführen des als Kugelkopfes 20 ausgebildeten Endteils 21 und mit dem daran anschließenden gewölbten Bereich 32 zur Lagerung des Kugelkopfes 20 ausgebildet. Das Außenteil 40 weist an seiner Außenwand jeweils eine Ausnehmung 50 mit verformbarem Grund 52 auf, wobei der Grund 52 verformbar ist, um zumindest bereichsweise das Sicherungselement 54 zu bilden. Die Ausnehmung 50 ist am Übergang zwischen gewölbtem Bereich 32 und zylindrischem Bereich 34 oder alternativ im zylindrischen Bereich 34 angeordnet und ist als Sacklochbohrung 12, 13 ausgeführt. Am Umfang des Außenteils 40 können auch zwei oder mehr Sacklochbohrungen 12, 13 angeordnet sein. In den 4a, 4b sind jeweils 2 Sacklochbohrungen 12, 13 geschnitten dargestellt. Das Sicherungselement 54 ist mittels Umformung des geschlossenen Grunds 52 der Ausnehmung 50 als radial nach innen gerichtete Wölbung ausgebildet, wie in 4b dargestellt.
Die 4a und 4b zeigen dabei zur Verdeutlichung der Ausbildung des Sicherungselements 54 einen Ausschnitt des Pleuels 1 vor und nach dem Umformen der Einleger 5, 6.
Alternativ könnte die Ausnehmung 50 jedoch auch als Ringnut in der Außenwand des Außenteils 40 ausgebildet sein.
Erfolgt das Umformen der Einleger 5, 6 nach deren Befestigung im Exzenterhebel 8, sind im Exzenterhebel 8 Durchgangsbohrungen 14, 15 vorgesehen, welche mit den Sacklochbohrungen 12, 13 der Einleger 5, 6 zur Einführung eines Werkzeuges fluchten. Durch die Durchgangsbohrungen 14, 15 kann ein Teil eines Werkzeugs wie beispielsweise einer Backe eines zangenartigen Werkzeugs in die Sacklochbohrungen 12, 13 des Einlegers 5, 6 von beiden Seiten 42, 44 eingreifen. Beim Zudrücken der beiden Backen der Zange kann so der Grund 52 der Sacklochbohrungen 12, 13 radial nach innen verformt werden und so das Sicherungselement 54 als hinterschnittartige Verengung eines Teils des Aufnahmebereichs 31 des Einlegers 5, 6 ausbilden. Das Sicherungselement 54, das in der ersten Position zum Einführen des Endteils 21 in den Aufnahmebereich 31 nicht in das Innere des Aufnahmebereichs 31 hineinragt, ragt nach Umformen des Grunds 52 der Sacklochbohrungen 12, 13 in das Innere des Aufnahmebereichs 31 hinein. Auf die beschriebene Weise lässt sich das Sicherungselement 54 kostengünstig herstellen.
Die Stützstangen 3, 4 weisen wenigstens an einem Ende einen Kugelkopf 20 auf und bilden so mit den Einlegern 5, 6 über die Kugelkopfaufnahme 30 jeweils ein Kugelgelenk.
Vorzugsweise weisen die Stützstangen 3, 4 jedoch an beiden Enden einen Kugelkopf auf, wie 2 beispielsweise zu entnehmen ist. Hierdurch ist es möglich, Fertigungsabweichungen auszugleichen und die Belastung des Exzenterhebels 8, welcher ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann, zu verringern. Im Falle einer zweiteiligen Ausführung des Exzenterhebels 8 dient der Kugelkopf einer gleichmäßigeren Belastung der beiden Hebel.
5a zeigt in Seitenansicht einen Exzenterhebel 8 für ein Pleuel 1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Aussparung, während in 5b ein solcher Exzenterhebel 8 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Aussparungen 9 dargestellt ist.
Der Exzenterhebel 8 kann gemäß den gezeigten Ausführungsformen gekröpft vorgesehen sein. Eine gekröpfte Bauform des Exzenterhebels 8 kann zweckmäßig für die Montage des Einlegers 5, 6 sein, da auf diese Weise ein Anschlag für das Anlegen der Einleger 5, 6 vor der Befestigung, beispielsweise durch Verschweißen, mit dem Exzenterhebel 8 vorhanden ist. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Exzenterhebel 8 ungekröpft auszubilden und beispielsweise Ausfräsungen 9 für die Einleger 5, 6 vorzusehen.
Dabei ist es, wie der 5b zu entnehmen ist, gemäß einer Ausführungsform denkbar, dass der Exzenterhebel 8 Aussparungen 9 aufweist, in welche Vorsprünge 10, 11 der Einleger 5, 6, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel des Einlegers 5 in 6 dargestellt sind, eingreifen, so dass nach der Befestigung der Einleger 5, 6 eine Unterseite der Einleger 5, 6 mit der Unterseite des Exzenterhebels 8 abschließt.
6 zeigt in isometrischer Darstellung einen Einleger 5 mit Vorsprüngen 10, 11 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Einleger 5 ist mit einer Kugelkopfaufnahme 30 als Aufnahmebereich 31 ausgebildet, die in dem Außenteil 40 in Form eines gewölbten Bereichs 32, der sich an einen zylindrischen Bereich 34 anschließt, hergestellt ist. Das als Kugelkopf 20 ausgebildete Endteil 21 einer Stützstange 3, 4 wird über den zylindrischen Bereich 34 in den gewölbten Bereich 32 eingeführt und bildet so mit dem Einleger 5 ein Kugelgelenk. An beiden Seiten 42, 44 des Außenteils 40 sind die Öffnungen von Sacklochbohrungen 12, 13 als Ausnehmungen 50 zu erkennen, deren verformbarer Grund 52 (in 6 nicht zu erkennen) als Sicherungselement 54 ausgebildet werden kann. In der ersten Position vor dem Einführen und zum Einführen des Endteils 21 in den Aufnahmebereich 31 ragt kein Sicherungselement 54 in den Aufnahmebereich 31, so dass das Endteil 21 problemlos eingeführt werden kann.
Zu beiden Seiten des zylindrischen Bereichs 34 sind parallel zueinander die Vorsprünge 10, 11 ausgebildet, welche in Aussparungen 9 eines Exzenterhebels 8 eingreifen können, um so den Einleger 8 fest mit dem Exzenterhebel 8 zu verbinden und dabei die Gesamtkontur des Exzenterhebels 8 einzuhalten.
Der Einleger 5, 6 kann über die beiden Vorsprünge 10, 11 vorteilhaft an einem Exzenterhebel 8 angebracht werden und so sicher befestigt sein, wenn der Exzenterhebel 8 beispielsweise über Aussparungen 9 verfügt, in welche die Vorsprünge 10, 11 eingreifen können. Über die Vorsprünge ist eine stabile Montage an dem Exzenterhebel 8 möglich, so dass auch höhere Kräfte, welche durch den Exzenterhebel 8 auf ein Endteil 21 einer Stützstange 3, 4 übertragen werden sollen, günstig aufgebracht werden können. Über die mit den Aussparungen 9 verbundenen Vorsprünge 10, 11 ist eine vorteilhafte Krafteinleitung von dem Exzenterhebel 8 in den Einleger 5, 6 und damit auf das Endteil 21 möglich. Die Vorsprünge 10, 11 lassen sich bei geeigneter Werkstoffwahl günstig mit dem Exzenterhebel 8 verbinden, beispielsweise verschweißen.
Ein oder mehrere Vorsprünge 10, 11 können an beiden Seiten 42, 44 des Außenteils 40 angeordnet sein, die insbesondere zur Aufnahme von Aussparungen 9 eines Exzenterhebels 8 des Pleuels 1 vorgesehen sind. Die Vorsprünge 10, 11 der Einleger 5, 6 können aus Bauraumgründen zweckmäßigerweise komplementär zu den Aussparungen 9 so ausgebildet sein, dass dabei eine Außenkontur der Einleger 5, 6 mit einer Außenkontur des Exzenterhebels 8 in Richtung einer Exzenterachse L fluchtet. Bauraumtechnisch besonders günstig ist es, wenn die Vorsprünge 10, 11 der Einleger 5, 6 so in die Aussparungen 9 des Exzenterhebels 8 eingreifen können, dass die Einleger 5, 6 damit in der Außenkontur des Exzenterhebels umfasst sind. Dazu ergänzen die Vorsprünge 10, 11 der Einleger 5, 6 die Außenkontur des Exzenterhebels 8 zweckmäßig so, als ob sie einen Teil der Außenkontur des Exzenterhebels 8 darstellen und damit die Außenkontur des Exzenterhebels 8 geschlossen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013014090 A1 [0003]

Claims

Einleger (5, 6) zur Lagerung eines Endteils (21) einer Stützstange (3, 4), insbesondere einer Stützstange eines Pleuels (1), mit einem Außenteil (40), welcher einen Aufnahmebereich (31) im Inneren des Außenteils (40) aufweist, wobei der Aufnahmebereich (31) zur Sicherung des Endteils (21) gegen Herausgleiten aus dem Aufnahmebereich (31) ein radial nach innen ragendes Sicherungselement (54) aufweist, das von einer ersten Position zum Einführen des Endteils (21) in den Aufnahmebereich (31) in die radial nach innen ragende Position zur Sicherung des Endteils (21) im Aufnahmebereich (31) bewegbar ist.
Einleger nach Anspruch 1, wobei der Aufnahmebereich (31) als Kugelkopfaufnahme (30) mit einem zylindrischen Bereich (34) zum Einführen eines Kugelkopfes (20) und einem daran anschließenden gewölbten Bereich (32) zur Lagerung des Kugelkopfes (20) ausgebildet ist.
Einleger nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Außenteil (40) an seiner Außenwand wenigstens eine Ausnehmung (50) mit verformbarem Grund (52) aufweist, wobei der Grund (52) verformbar ist, um zumindest bereichsweise das Sicherungselement (54) zu bilden.
Einleger nach Anspruch 2 und 3, wobei die wenigstens eine Ausnehmung (50) am Übergang zwischen gewölbtem Bereich (32) und zylindrischem Bereich (34) oder im zylindrischen Bereich (34) angeordnet ist.
Einleger nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Ausnehmung (50) eine Sacklochbohrung (12, 13) ist.
Einleger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr Sacklochbohrungen (12, 13) am Umfang des Außenteils (40) angeordnet sind.
Einleger nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Ausnehmung (50) als Ringnut in der Außenwand des Außenteils (40) ausgebildet ist.
Einleger nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Sicherungselement (54) mittels Umformung eines geschlossenen Grunds (52) der Ausnehmung (50) als radial nach innen gerichtete Wölbung gebildet ist.
Einleger nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei ein oder mehrere Vorsprünge (10, 11) an Seiten (42, 44) des Außenteils (40) angeordnet sind, die insbesondere zur Aufnahme von Aussparungen (9) eines Exzenterhebels (8) des Pleuels (1) vorgesehen sind.
Pleuel (1) für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung (18) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (18) einen mit wenigstens einem Exzenterhebel (8) zusammenwirkenden Exzenter (7) und an dem Exzenterhebel (8) angreifende Stützstangen (3, 4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstangen (3, 4) in am Exzenterhebel (8) befestigten Einlegern (5, 6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelagert sind.
Pleuel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleger (5, 6) an den Exzenterhebel (8) geschweißt vorgesehen sind.
Pleuel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstangen (3, 4) wenigstens an einem Ende einen Kugelkopf (20) aufweisen und mit den Einlegern (5, 6) jeweils ein Kugelgelenk bilden.
Pleuel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstangen (3, 4) an beiden Enden einen Kugelkopf (20) aufweisen.
Pleuel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (8) mehrteilig ausgebildet ist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstangen (3, 4) in den Einlegern (5, 6) durch ein Sicherungselement (54) verliersicher gelagert vorgesehen sind.
Pleuel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherungselement (54) ein verformbarer Grund (52) einer Ausnehmung (50) der Einleger (5, 6) vorgesehen ist.
Pleuel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausnehmung (50) wenigstens eine Sacklochbohrung (12, 13) vorgesehen ist, deren Grund (52) wenigstens bereichsweise als Hinterschnitt umformbar ist.
Pleuel nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen der Einleger (5, 6) nach deren Montage im Exzenterhebel (8) erfolgt, wobei der Exzenterhebel (8) Durchgangsbohrungen (14, 15) aufweist, welche mit den Sacklochbohrungen (12, 13) der Einleger (5, 6) zur Einführung eines Werkzeuges fluchten.
Pleuel nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen der Einleger (5, 6) vor deren Montage im Exzenterhebel (8) erfolgt.
Pleuel nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (8) gekröpft vorgesehen ist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (8) ungekröpft vorgesehen ist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (8) Aussparungen (9) aufweist, in welche Vorsprünge (10, 11) der Einleger (5, 6) eingreifen. Pleuel nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (10, 11) der Einleger (5, 6) komplementär zu den Aussparungen (9) so ausgebildet sind, dass eine Außenkontur der Einleger (5, 6) mit einer Außenkontur des Exzenterhebels (8) in Richtung einer Exzenterachse (L) fluchtet.