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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, aufweisend eine Exzenterbuchse, die verdrehbar in einer Aufnahmebohrung eines von einem Pleueloberteil und einem Pleuelunterteil gebildeten Pleuellagerauges eines Pleuels angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle umschließt, wobei die Exzenterbuchse in wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse zueinander versetzten Positionen mittels einer Verriegelungseinrichtung verriegelbar ist, wobei die Verriegelungseinrichtung wenigstens zwei umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse angeordnete Verriegelungsaufnahmen und wenigstens ein Verriegelungselement aufweist, das zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement nicht in eine Verriegelungsaufnahme eingerückt ist, und wenigstens einer Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement in eine der Verriegelungsaufnahmen eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil angeordnet ist, und wobei das Verriegelungselement zwischen der Freigabestellung und der Verriegelungsstellung radial bewegbar in dem Pleuelunterteil angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Mit dem Verdichtungsverhältnis ε einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses können der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert und somit insgesamt der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen nimmt allerdings mit der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zu. Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.
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Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist außerdem besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis generell in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie beispielsweise von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw..
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Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, die eine Verstellung des Abstandes zwischen einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle und einem Kolbenbolzen vornehmen. Es handelt sich dabei um unterschiedliche Vorrichtungen, nämlich um solche, mit denen die Lage des Kolbens gegenüber dem Pleuel veränderbar ist, oder um solche, die eine Lageänderung des Pleuels gegenüber der Kurbelwelle vornehmen.
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Eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der
DE 197 03 948 A1 bekannt. Danach nimmt ein im Bereich seines Pleuellagerauges geteiltes Pleuel über die Bohrung des Pleuellagerauges eine exzentrische Hülse auf. Diese ist mit einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche an einer Innenwand des Pleuellagerauges geführt und soll offenbar als Gleitlager ausgebildet sein. An ihrer inneren Umfangsfläche, die exzentrisch zur äußeren Umfangsfläche versetzt ist, ist die Hülse auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine gleitend geführt. Eine Verdrehung der Hülse in der Bohrung des Pleuellagerauges soll selbsttätig erfolgen. Ausgelöst werden soll diese Bewegung der exzentrischen Hülse durch die auf sie einwirkenden Kräfte, die aus der Drehung der Kurbelwelle bzw. der Pleuelbewegung resultieren. Weiterhin ist die exzentrische Hülse an ihren Enden mit Flanschen versehen, die das Pleuellagerauge übergreifen und in Umfangsrichtung um 180° versetzte Verriegelungsausnehmungen aufweisen. Ein am Pleuel vorgesehenes Verriegelungsglied wird über ein Kurvensegment derart betätigt, dass es nach einer entsprechenden Verdrehung der Hülse wahlweise in die eine oder die andere Verriegelungsausnehmung eingreift.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2008 032 665 A1 eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher ebenfalls eine Exzenterbuchse auf dem jeweiligen Kurbelzapfen der Kurbelwelle angeordnet sein soll. Diese Exzenterbuchse weist an ihren Enden Flansche auf, die mit einer Außenverzahnung versehen sind. Über diese und über Zahnräder, die in den Wangen der Kurbelwelle angeordnet und den Außenverzahnungen antriebs- und abtriebsseitig zugeordnet sind, wird ein mechanisches Antriebssystem für die Exzenterbuchsen geschaffen, wobei zwischen den Zahnrädern koaxial zur Kurbelwelle verlaufende Verstellwellen angeordnet sind. Die Zahnräder sollen dabei über Freiläufe von den Verstellwellen angetrieben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art weiterzubilden und konstruktiv zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst eine Exzenterbuchse, die verdrehbar in einer Aufnahmebohrung eines von einem Pleueloberteil und einem Pleuelunterteil gebildeten Pleuellagerauges eines Pleuels angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle umschließt. Die Exzenterbuchse ist in wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse zueinander versetzten Positionen mittels einer Verriegelungseinrichtung verriegelbar. Die Verriegelungseinrichtung umfasst wenigstens zwei umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse angeordnete Verriegelungsaufnahmen und wenigstens ein Verriegelungselement, das zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement nicht in eine Verriegelungsaufnahme eingerückt ist, und wenigstens einer Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement in eine der Verriegelungsaufnahmen eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil angeordnet ist. Das Verriegelungselement ist zwischen der Freigabestellung und der Verriegelungsstellung radial bewegbar in dem Pleuelunterteil angeordnet. Zwischen einer Außenmantelfläche der Exzenterbuchse und der Aufnahmebohrung ist ein Freilauf angeordnet. Die Verriegelungsaufnahmen sind durch wenigstens zwei an der Außenmantelfläche der Exzenterbuche angeordnete Aussparungen gebildet. Das Verriegelungselement ist als radial zur Exzenterbuchse verlaufender Verriegelungspin ausgebildet und verschiebbar in einer radialen Aufnahme eines Zapfens angeordnet, der verschiebbar in einer parallel zu einer Längsmittelachse des Pleuellagerauges verlaufenden Bohrung des Pleuelunterteils angeordnet ist. Die in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen sind zumindest teilweise axial versetzt zueinander angeordnet. Einander zugewandte Endabschnitte der in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen weisen gegenläufig geneigte Rampen auf, die zumindest teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind. Erfindungsgemäß kann die Exzenterbuchse mittels einer radialen Verriegelung in der jeweiligen Drehstellung relativ zu der Aufnahmebohrung verriegelt werden. Die Betätigung der radialen Verriegelung erfolgt über eine axiale Bewegung des Zapfens. Durch die axiale Bewegung des Zapfens kann ein in seiner Verriegelungsstellung befindliches Verriegelungselement entlang der Rampe der jeweiligen Verriegelungsaufnahme bewegt und hierdurch radial nach außen aus der Verriegelungsaufnahme heraus in seine Freigabestellung gedrängt werden. Hierdurch wird die Verriegelung der Exzenterbuchse aufgehoben. Wird anschließend die Exzenterbuchse gedreht, gelangt die in Umfangsrichtung nächstliegend benachbart angeordnete Verriegelungsaufnahme in den Bereich des Verriegelungselements, so dass das Verriegelungselement zur Verriegelung der Exzenterbuchse in einer weiteren Drehstellung relativ zu der Aufnahmebohrung in diese Verriegelungsaufnahme eingreifen kann. Dies ist insbesondere dadurch möglich, da die axiale Versetzung zwischen den benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahme der axialen Verschiebbarkeit des Verriegelungselement entspricht und sich somit das Verriegelungselement nach der axialen Verschiebung mittels des Zapfens radial außen zu der weiteren Verriegelungsaufnahme befindet. Das Verriegelungselement kann mittels einer Druckfeder in Richtung der Exzenterbuchse vorgespannt sein.
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Die Anzahl der an der Exzenterbuchse angeordneten Verriegelungsaufnahmen entspricht der Anzahl der Positionen, in denen die Exzenterbuchse in der Aufnahmebohrung verriegelbar ist. Die Verriegelungsaufnahmen können derart an der Exzenterbuchse angeordnet sein, dass die Exzenterbuchse in zwei um 180° zueinander versetzten Positionen gegenüber dem Pleuellagerauge verriegelbar ist. Alternativ können an der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse auch drei oder mehrere, insbesondere gleichmäßig umfangsverteilt zueinander angeordnete, Verriegelungsaufnahmen vorhanden sein, um die Exzenterbuchse in mehr als zwei umfangsversetzt zueinander angeordneten Positionen gegenüber dem Pleuellagerauge verriegeln zu können. Hierdurch sind mehr als zwei verschiedene Verdichtungsverhältnisse der jeweiligen Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine einstellbar.
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Der zwischen der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse und der Aufnahmebohrung angeordnete Freilauf verhindert, dass die Exzenterbuchse aufgrund der Massen- bzw. Gaskräfte sowie der vom rotierenden Kurbelzapfen erzeugten Momente in kurze Drehbewegungen in gegenläufigen Drehrichtungen versetzt wird. Eine Drehrichtungsumkehr kann im Bereich des oberen oder unteren Totpunkts des mit dem Pleuel verbundenen Arbeitskolbens zustande kommen, da Momente auf die Exzenterbuchse wirken, die sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Die Folge davon wäre, dass die jeweilige Exzenterbuchse nicht bis in ihre weitere zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Zylindereinheit dienende Position verdreht wird. Das würde letztendlich dazu führen, dass einige der Zylindereinheiten der Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem hohen und einige mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis betrieben werden. Diese Nachteile lassen sich dadurch beseitigen, dass der zwischen der Exzenterbuchse und dem Pleuellagerauge vorgesehene Freilauf nur noch eine gezielte Drehbewegung in einer Drehrichtung zulässt.
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Demgegenüber ist beispielsweise die exzentrische Hülse gemäß
DE 197 03 948 A1 unmittelbar in der Aufnahmebohrung des Pleuellagerauges angeordnet. Es findet daher keine gezielte Verdrehung der Hülse in einer Drehrichtung statt. Bei der Vorrichtung gemäß
DE 10 2008 032 665 A1 sind zwar Freiläufe vorgesehen, diese befinden sich aber zwischen den einzelnen Verstellwellen und den angetriebenen Zahnrädern.
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Der Freilauf kann beispielsweise als Klemmrollenfreilauf ausgebildet sein. Die Klemmrollen des Klemmrollenfreilaufs können zylindrisch ausgebildet sein und mit Klemmrampen zusammenwirken, die an einer Innenmantelfäche einer äußeren Hülse des Klemmrollenfreilaufs vorgesehen sind. Sofern die Sperrwirkung ausreichend ist, können anstelle der zylindrischen Klemmrollen auch Kugeln vorgesehen sein.
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Vorzugsweise umfasst der Klemmrollenfreilauf die an der Aufnahmebohrung fixierbare äußere Hülse, an deren Innenmantelfläche eine Klemmgeometrie angeordnet ist, eine Vielzahl an umgangsverteilt und radial innen zu der äußeren Hülse angeordneten Klemmrollen, eine Vielzahl an die Klemmrollen in Richtung der Klemmgeometrie vorspannenden Federelementen und einen die Klemmrollen führenden Freilaufkäfig. An dem Klemmrollenfreilauf ist wenigstens ein radialer Durchgang angeordnet, durch den das Verriegelungselement zur Verriegelung der Exzenterbuchse hindurchgreifen kann.
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Die Exzenterbuchse, die äußere Hülse und der Freilaufkäfig können jeweils aus zwei Halbschalen zusammengesetzt sein. Bei einer halbschalenartigen Ausbildung der beiden Teile des Freilaufkäfigs können diese an ihren beiden Enden jeweils einerseits schwalbenschwanzartig und andererseits mit Aufnahmeöffnungen versehen sein. Im montierten Zustand des Freilaufkäfigs greifen die schwalbenschwanzartigen Endstücke der einen Halbschale in die entsprechenden Öffnungen der anderen Halbschale ein, so dass die Halbschalen zueinander geführt sind. Der Freilaufkäfig kann auch einteilig ausgebildet und dabei nur an einer Stelle geschlitzt sein, so dass er sich zur Montage auf die Exzenterbuchse aufbiegen lässt. Dabei weist er vorzugsweise eine Biegestelle und ein Käfigschloss auf.
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Alternativ kann der Freilauf als Schlingfederfreilauf ausgebildet sein, wobei ein Ende zumindest einer Schlingfeder an das Pleuellagerauge gekoppelt ist. Beispielsweise kann dieses Ende der Schlingfeder in der Trennebene zwischen Pleueloberteil und Pleuelunterteil fixiert sein. Das andere Ende der Schlingfeder kann auf die Exzenterbuchse geschoben werden. Dabei ist zu beachten, dass die schraubenlinienartig verlaufende Schlingfeder über den Kurbelzapfen oder die Kröpfung der Kurbelwelle montiert werden kann. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Schlingfeder so gewählt ist, dass das Rechteckband in die aufzubiegende Richtung schwächer ausgeführt ist und somit über den Kurbelzapfen gebracht werden kann. Ist die erste Windung über den Kurbelzapfen geschoben, so kann die restliche Schlingfeder auf den Kurbelzapfen aufgewickelt werden. Die Schlingfeder hat im Vergleich zu einem form- bzw. kraftschlüssigen Freilauf den Vorteil, dass die Schlingfeder eine deutlich höhere Überlast aufnehmen kann. Der Schlingfederfreilauf kann auch zwei Schlingfedern aufweisen, deren schraubenlinienartig verlaufende Windungen parallel zueinander verlaufen. Der Schlingfederfreilauf kann in einer ringförmigen Aufnahme, die sich jeweils innerhalb des Pleueloberteils und des Pleuelunterteils erstreckt und einen rechteckigen Querschnitt aufweist, angeordnet sein. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, eine entsprechend ausgebildete Aufnahme in der Exzenterbuchse vorzusehen.
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Über eine Erfassung eines Verdichtungsdrucks in der Zylindereinheit kann das momentan eingestellte Verdichtungsverhältnis ermittelt und hieraus die momentane Verdrehposition der Exzenterbuchse bestimmt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an dem Zapfen ein radial von der Exzenterbuchse weg weisendes Betätigungselement angeordnet, über das der Zapfen betätigbar ist. Das Betätigungselement kann monolithisch mit dem Zapfen oder separat von letzterem hergestellt und mit dem Zapfen verbunden sein. Das Betätigungselement kann als Stift bzw. Bolzen ausgebildet sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verriegelungseinrichtung wenigstens eine Betätigungseinheit auf, die zum Betätigen des Zapfens an dem Betätigungselement angreift. Die Betätigungseinheit kann eine ansteuerbare Verstelleinheit, beispielsweise einen Verstellmotor, aufweisen.
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Vorteilhafterweise weist die Betätigungseinheit wenigstens eine Kurvenscheibe auf, die in Kontakt mit dem Betätigungselement bringbar ist. Die Kurvenscheibe ist vorzugsweise auf einer der Zylindereinheit abgewandten Seite der Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet. Hierdurch kann der Zapfen mit der Kurvenscheibe verschoben werden, wenn ein Zylinder der dem Pleuel zugeordneten Zylindereinheit sich im Bereich seines unteren Totpunkts befindet.
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Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn die Kurvenscheibe in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine axial verlagerbar angeordnet ist. Je nachdem, in welche axiale Richtung die Kurvenscheibe innerhalb des Kurbelgehäuses verlagert wird, wird der Zapfen durch einen Kontakt zwischen Kurvenscheibe und Betätigungselement wahlweise axial verschoben. An der Kurvenscheibe können wenigstens zwei Steuerkurven angeordnet sein, mit denen das Betätigungselement je nach axialem Verlagerungszustand der Kurvenscheibe wahlweise in Kontakt bringbar und hierdurch wahlweise axial verschiebbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass seitlich zu dem Freilauf jeweils ein Radiallager zwischen der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse und der Aufnahmebohrung angeordnet ist. Die Radiallager können als Radialwälzlager oder Radialgleitlager ausgebildet sein, über welche die Exzenterbuchse gegenüber der Aufnahmebohrung gelagert ist. Dadurch kann die Exzenterbuchse in der ungesperrten Drehrichtung so leichtgängig in der Aufnahmebohrung geführt sein, dass die entsprechende Verstellung der Exzenterbuchse ohne besondere Hilfsmittel während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Freilauf wenigstens eine an der Aufnahmebohrung fixierbare äußere Hülse, an deren Innenmantelfläche eine Klemmgeometrie angeordnet ist, wenigstens einen radial innen zu der äußeren Hülse angeordneten, an der äußeren Hülse fixierten Freilaufkäfig, eine Vielzahl an Klemmrollen, die an dem Freilaufkäfig geführt sind, und eine Vielzahl an Federelementen aufweist, mit denen die Klemmrollen in Richtung der Klemmgeometrie vorgespannt sind. Hierdurch wird ein Klemmrollenfreilauf ausgebildet.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs mit den abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf das dargestellte Ausgestaltungsbeispiel beschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine schematische und perspektivische Teildarstellung einer Kurbelwelle mit einem auf einem Kurbelzapfen angeordneten Pleuel und einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
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2 eine schematische Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Pleuels und der in 1 gezeigten Vorrichtung;
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3 eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Details des in 1 gezeigten Pleuels und der in 1 gezeigten Vorrichtung;
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4 eine weitere schematische Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Pleuels und der in 1 gezeigten Vorrichtung;
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5 eine schematische und perspektivische Darstellung des Freilaufs der in 1 gezeigten Vorrichtung;
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6a eine schematische Schnittdarstellung eines Details des in 1 gezeigten Pleuels und der in 1 gezeigten Vorrichtung in einem ersten Schaltzustand;
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6b eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung in einem Zwischenzustand;
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6c eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung in einem weiteren Zwischenzustand;
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6d eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung in einem weiteren Zwischenzustand;
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6e eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung in einem weiteren Zwischenzustand; und
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6f eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung in zweiten Schaltzustand.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische und perspektivische Teildarstellung einer Kurbelwelle 1 mit einem auf einem in 1 nicht sichtbaren Kurbelzapfen angeordneten Pleuel 2 und einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine.
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Von der Kurbelwelle 1 sind drei Kurbelwangen 4, 5 und 6 gezeigt, wobei die Kurbelwange 4 zum Massenausgleich mit einem Gegengewicht 7 versehen ist und sich insofern von den Kurbelwangen 5 und 6 unterscheidet. Zwischen den Kurbelwangen 4 und 5 ist der nicht erkennbare Kurbelzapfen zur Aufnahme des Pleuels 2 ausgebildet. An die Kurbelwangen 4 und 5 schließt sich jeweils ein Hauptlagerzapfen 8 an, über den die Kurbelwelle 1 in einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine gelagert werden kann.
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Das Pleuel 2 umfasst ein Pleueloberteil 9 und ein Pleuelunterteil 10, die über Schrauben 11 miteinander verbunden sind. Das Pleueloberteil 9 kann an seinem vom Pleuelunterteil 10 abgewandten Ende einen nicht gezeigten Arbeitskolben aufnehmen, der über ein nicht näher dargestelltes Kolbenbolzenlager sowie ein kleines Pleuelauge 12 am Pleueloberteil 9 befestigbar ist. Eine Trennebene 13 zwischen dem Pleueloberteil 9 und dem Pleuelunterteil 10 verläuft durch ein Pleuellagerauge, das in 1 nicht erkennbar ist und über welches das Pleuel 2 an dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle 1 gelagert ist. Der Aufbau des Pleuels 2 wird aus den 2 bis 4 und 6a bis 6f deutlicher.
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Die Vorrichtung 3 umfasst eine in 1 nicht sichtbare Exzenterbuchse, die verdrehbar in einer durch das Pleuellagerauge, durch das die Trennebene 13 verläuft, gebildeten, in 1 nicht sichtbaren Aufnahmebohrung angeordnet ist und den nicht sichtbaren Kurbelzapfen der Kurbelwelle 1 umschließt. Die Exzenterbuchse ist in mehreren in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse zueinander versetzten Positionen mittels einer Verriegelungseinrichtung 14 verriegelbar. Der Aufbau der Exzenterbuchse wird aus den 2 bis 4 und 6a bis 6f deutlich. Zwischen einer Außenmantelfläche der Exzenterbuchse und der Aufnahmebohrung ist ein in 1 nicht sichtbarer Freilauf angeordnet.
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Die Verriegelungseinrichtung 14 umfasst mehrere umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse angeordnete, in 1 nicht sichtbare Verriegelungsaufnahmen, wobei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse benachbart zueinander angeordnete Verriegelungsaufnahmen zumindest teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind, und wobei einander zugewandte Endabschnitte der benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen gegenläufig geneigte Rampen aufweisen, die zumindest teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind.
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Des Weiteren umfasst die Verriegelungseinrichtung 14 ein in 1 nicht sichtbares, als radial zur Exzenterbuchse verlaufender Verriegelungspin ausgebildetes Verriegelungselement, das zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement nicht in eine Verriegelungsaufnahme eingerückt ist, und einer Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement in eine der Verriegelungsaufnahmen eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil 10 angeordnet ist.
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Von der Verriegelungseinrichtung 14 ist in 1 ein Zapfen 15 zu sehen, der eine in 1 nicht sichtbare radiale Aufnahme aufweist, in der das Verriegelungselement radial verschiebbar angeordnet ist. Der Zapfen 15 ist verschiebbar in einer axial verlaufenden Bohrung 16 des Pleuelunterteils 10 angeordnet. Des Weiteren ist ein an dem Zapfen 15 angeordnetes, radial von der Exzenterbuchse weg weisendes Betätigungselement 17 zu sehen, über das der Zapfen 15 betätigbar ist. Das Betätigungselement 17 ist verschiebbar in einer als Langloch ausgebildeten radialen Bohrung 18 des Pleuelunterteils 10 geführt. Ferner ist eine Betätigungseinheit 19 der Verriegelungseinrichtung 14 zu sehen, die zum Betätigen des Zapfens 15 an dem Betätigungselement 17 angreift. Die Betätigungseinheit 19 ist als Kurvenscheibe ausgebildet, die in Kontakt mit dem Betätigungselement 17 bringbar ist und die eine Mitnahmenut 20 aufweist. Die Mitnahmenut 20 ist im Einlaufbereich für das Betätigungselement 17 verbreitert und verjüngt sich zum Auslaufbereich hin kontinuierlich.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Pleuels 2 und der Vorrichtung 3, die in 1 gezeigt sind. Es ist die Exzenterbuchse 21 zu sehen, die in der Aufnahmebohrung 22 des Pleuels 2 drehbar angeordnet ist. Die Exzenterbuchse 21 umfasst radial nach außen verlaufende Borde 23, über welche die Exzenterbuchse 21 stirnseitig sowohl an dem Pleueloberteil 9 als auch an dem Pleuelunterteil 10 geführt ist. An der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse 21 sind zwei um 180° umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse 21 angeordnete Verriegelungsaufnahmen 25 angeordnet, wobei diese in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse 21 benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen 25 teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind und wobei einander zugewandte Endabschnitte der benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen 25 gegenläufig geneigte Rampen 26 aufweisen, die zumindest teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind. Die Anordnung und Ausbildung der Verriegelungsaufnahmen 25 wird aus 3 deutlicher. Zwischen der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse 21 und der Aufnahmebohrung 22 ist der Freilauf 27 angeordnet, der als Klemmrollenfreilauf ausgebildet ist. Seitlich zu dem Freilauf 27 verlaufen Radiallager 28, wobei sich das Pleueloberteil 9 über den Freilauf 27 und über die Radiallager 28 an der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse 21 abstützt. Das Verriegelungselement 29 ist als radial zur Exzenterbuchse 21 verlaufender Verriegelungspin ausgebildet und zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement 29 nicht in eine Verriegelungsaufnahme 25 eingerückt ist, und der gezeigten Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement 30 in eine der Verriegelungsaufnahmen 25 eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil 10 angeordnet. Der Zapfen 15 umfasst eine radiale Aufnahme 30, die auf der der Exzenterbuchse 21 abgewandten Seite durch das Betätigungselement 17 geschlossen ist und in der das Verriegelungselement 29 radial verschiebbar angeordnet ist. In der radialen Aufnahme 30 ist eine Druckfeder 31 angeordnet, mit der das Verriegelungselement 29 in Richtung der Exzenterbuchse 21 vorgespannt ist.
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3 zeigt eine weitere Schnittdarstellung eines Details des Pleuels 2 und der Vorrichtung 3, die in 1 gezeigt sind. Die Betätigungseinheit 19 der Vorrichtung 3 ist in 3 nicht dargestellt. Die Exzenterbuchse 21 weist zwei Halbschalen 32 und 33 auf. Es ist der Aufbau des Freilaufs 28 besser ersichtlich. Der Freilauf 28 umfasst eine in der Aufnahmebohrung 22 fixierte, radial äußere Hülse 34, an der radial innen ein Freilaufkäfig 35 fixiert ist, an dem in 3 nicht gezeigte Rollen und nicht gezeigte Federelemente angeordnet sind.
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4 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Pleuels 2 und der in 1 gezeigten Vorrichtung 3. Es sind insbesondere die Rollen 36 des Freilaufs 28 zu sehen. Der Freilauf 28 umfasst einen radialen Durchgang 37, durch den das Verriegelungselement 29 geführt ist, um in die Verriegelungsaufnahme 25 eingreifen zu können.
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5 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung des Freilaufs 28 der in 1 gezeigten Vorrichtung 3. Sowohl die äußere Hülse 34 als auch der Freilaufkäfig 35 weisen jeweils zwei Halbschalen 38 und 39 bzw. 40 und 41 auf. Zwischen den Rollen 36 sind Federelemente 42 in Form von Federreitern angeordnet. An der Innenmantelfläche der äußeren Hülse 34 sind radiale Aussparungen 43 ausgebildet, in die radiale Ausformungen 44 des Freilaufkäfigs 35 eingreifen, wodurch der Freilaufkäfig 35 an der äußeren Hülse 34 fixiert ist. Jede Halbschale 40 bzw. 41 weist radial nach außen weisende Abwinklungen 45 auf, die zwischen Enden der Halbschalen 38 und 39 eingeklemmt sind. An der Innenmantelfläche der äußeren Hülse 34 ist zudem eine in 5 nicht zu sehende Klemmgeometrie angeordnet.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 3 wird im Folgenden anhand der 6a bis 6f erläutert. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in den 6a bis 6f nicht alle oben genannten Bezugszeichen vorhanden.
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6a zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Details des in 1 gezeigten Pleuels 2 und der in 1 gezeigten Vorrichtung 3 in einem ersten Schaltzustand. In dem ersten Schaltzustand ist das Verriegelungselement 29 in eine Verriegelungsaufnahme 25 eingerückt, so dass die Exzenterbuchse 21 gegen ein Verdrehen gesichert bzw. in der gezeigten Position verriegelt ist. Die Betätigungseinheit 19 hält den Zapfen 15 in der gezeigten Position.
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6b zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht dadurch aus dem ersten Schaltzustand hervor, dass die Betätigungseinheit 19 axial innerhalb des Kurbelgehäuses verlagert worden ist. Hierdurch wird der Zapfen 15 nicht mehr mittels der Betätigungseinheit 19 in der gezeigten Position gesichert.
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6c zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem weiteren Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht dadurch aus dem in 6b gezeigten Zwischenzustand hervor, dass die Betätigungseinheit 19 noch weiter axial verlagert worden ist, wodurch sie in Kontakt mit dem Betätigungselement 17 gelangt ist und das Betätigungselement 17 in dieselbe axiale Richtung gedrängt hat. Das Betätigungselement 17 nimmt hierbei den Zapfen 15 und hierdurch das Verriegelungselement 29 mit. Hierdurch wird das Verriegelungselement 29 axial innerhalb der Verriegelungsaufnahme 25 verlagert, so dass es in Kontakt mit der Rampe 26 der Verriegelungsaufnahme 25 kommt und hierdurch, wie gezeigt, radial nach außen gedrängt wird.
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6d zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem weiteren Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht dadurch aus dem in 6c gezeigten Zwischenzustand hervor, dass die Betätigungseinheit 19 noch weiter axial verlagert worden ist, wodurch das Verriegelungselement 29 vollständig aus der Verriegelungsaufnahme 25 heraus gedrängt worden ist. Hierdurch ist die Verriegelung der Exzenterbuchse 21 aufgehoben worden, so dass sich die Exzenterbuchse 21 in einer durch den Freilauf 28 zugelassenen Drehrichtung drehen kann.
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6e zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem weiteren Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht dadurch aus dem in 6d gezeigten Zwischenzustand hervor, dass die Betätigungseinheit 19 noch weiter axial verlagert worden ist, wodurch der Zapfen 15 und somit das Verriegelungselement 29 maximal axial verlagert worden sind.
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6f zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 6a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem zweiten Schaltzustand. Der zweite Schaltzustand geht dadurch aus dem in 6e gezeigten Zwischenzustand hervor, dass die Exzenterbuchse 21 gedreht worden ist, bis das Verriegelungselement 29 in die nächstliegend und benachbart zu der in den 6a bis 6d gezeigten Verriegelungsaufnahme 25 angeordnete Verriegelungsaufnahme 25 eingreift, wie es in 6f gezeigt ist. Die Position des Betätigungselements 17 und somit des Zapfens 15 und des Verriegelungselements 29 wird mittels der Betätigungseinheit 19 gesichert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Pleuel
- 3
- Vorrichtung
- 4
- Kurbelwange
- 5
- Kurbelwange
- 6
- Kurbelwange
- 7
- Gegengewicht
- 8
- Hauptlagerzapfen
- 9
- Pleueloberteil
- 10
- Pleuelunterteil
- 11
- Schraube
- 12
- Kleines Pleuelauge
- 13
- Trennebene
- 14
- Verriegelungseinrichtung
- 15
- Zapfen
- 16
- axiale Bohrung
- 17
- Betätigungselement
- 18
- radiale Bohrung
- 19
- Betätigungseinheit
- 20
- Mitnahmenut
- 21
- Exzenterbuchse
- 22
- Aufnahmebohrung
- 23
- Borde
- 24
- Außenmantelfläche
- 25
- Verriegelungsaufnahme
- 26
- Rampe
- 27
- Radiallager
- 28
- Freilauf
- 29
- Verriegelungselement
- 30
- radiale Aufnahme
- 31
- Druckfeder
- 32
- Halbschale
- 33
- Halbschale
- 34
- äußere Hülse
- 35
- Freilaufkäfig
- 36
- Rolle
- 37
- radialer Durchgang
- 38
- Halbschale
- 39
- Halbschale
- 40
- Halbschale
- 41
- Halbschale
- 42
- Federelement
- 43
- Aussparung
- 44
- Ausformung
- 45
- Abwinklung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19703948 A1 [0005, 0012]
- DE 102008032665 A1 [0006, 0012]
