DE102015213278A1

DE102015213278A1 - Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015213278A1
Application number: DE102015213278.1A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Jan Pfannenmüller; Steffen Hein; Michael Knorr; Andreas Möller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ist an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist. Um hierbei eine einfache und für die Großserie geeignete Verbindung der Kolbenstange (11, 20) mit dem zugehörigen Stellkolben (27, 28) zu erzielen, besitzt die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34), der Stellkolben (27, 28) hat auf seinem Umfang verteilt mehrere Finger (36 bis 39), die hinterschnitten sind, so dass der Kugelkopf (34) zwischen den Fingern einrasten kann und wobei sowohl die Innenflächen der nicht hinterschnittenen Bereiche der Finger (36–39) als auch der Kolbenboden Gegenflächen zur Kugeloberfläche des Kugelkopfes (34) aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge eines Pleuels vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche versehenes Verstellelement angeordnet ist und an der Betätigungslasche ein Ende einer Kolbenstange gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung des Pleuels längsverschiebbar angeordneten Stellkolben verbunden ist, wobei im Stellkolben eine in Richtung des Endes der Kolbenstange offene Aufnahme vorgesehen ist.
Stand der Technik
Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε 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-Luftgemisches. 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.
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 z.B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.
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.
Eine Vorrichtung der ersteren Art zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 10 2013 224 270 B1 bekannt. Hier wird hauptsächlich die Verbindung einer Kolbenstange mit dem Verstellelement am kleinen Pleuelauge hinsichtlich ihrer Fertigungsmöglichkeit und vereinfachter Montage beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verbindung der Kolbenstange mit dem Stellkolben hinsichtlich der zu übertragenden Druck- und Zugkräfte zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils jedes der unabhängigen Patentansprüche 1 bis 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesen abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Allen Lösung gemeinsam ist der Vorteil, dass durch die Verwendung eines Kugelkopfes oder einer einer Kugel angenäherten Ausgestaltung und einer entsprechenden Aufnahme in dem Stellkolben Winkelfehler an der Verbindung der Kolbenstange mit dem Verstellexzenter ausgeglichen werden können. Die aufgezeigten Verbindungen eignen sich alle zur Anwendung in der Großserie. Auch lassen sich alle aufgezeigten Verbindungen einfach und leicht vormontieren. Durch das bedarfsweise Vorsehen von Sicherungselementen kann ein Lösen der Verbindung von Kolbenstange und Stellkolben vor dem Einsetzen in das jeweilige Pleuel sicher vermieden werden. Selbstredend sind in allen Lösungsvorschlägen die sich berührenden Flächen des Kugelkopfes und der Aufnahme im Stellkolben mit einer Gleitfläche versehen, die die Reibung minimiert.
Nach einer erste Ausführung der Erfindung soll der Stellkolben mehrere auf seinem Umfang verteilt angeordnete Finger aufweisen, die hinterschnitten sind, wobei die nicht hinterschnittenen Bereiche der Finger sowie der Boden des Stellkolbens als Gegenflächen zur Kugeloberfläche des Kugelkopfes ausgebildet sind. Mit dieser Lösung lässt sich die Kolbenstange einfach in den Stellkolben einschnappen, da die hinterschnittenen Finger im gewissen Rahmen elastisch sich nach außen wegbiegen lassen, wenn der Kugelkopf der Kolbenstange von oben zwischen die Finger gedrückt wird. Die nicht hinterschnittenen Bereiche der Finger sowie der Boden des Stellkolbens bilden hier die Kugelpfanne zur Führung des Kugelkopfes. Ein separates Sicherungselement ist hier nicht notwendig.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kolbenstange über ihren Kugelkopf seitlich in den Stellkolben eingeführt wird, wobei der Stellkolben in seinem Inneren ebenfalls der Kontur des Kugelkopfes entspricht. Hier kann bei Bedarf gegen Herausrutschen der Kolbenstange bzw. Abfallen des Stellkolbens ein Sicherungselement in Form eines Sicherungsringes vorgesehen.
Eine dritte Ausführungsform sieht einen quer zur Kolbenlängsrichtung geteilten Stellkolben vor, wobei das Oberteil des Stellkolbens einen ersten Teil der Kugelkopfaufnahme bildet und der untere Teil des Stellkolbens als tassenförmiges Bauteil ausgebildet ist, das einerseits den unteren Teil der Kugelkopfaufnahme bildet und in das Kolbenoberteil eingesetzt ist. Vorteilhafterweise wird das Kolbenunterteil nach der Montage durch einen quer zur Kolbenstangenlängsachse verlaufenden Sicherungsstift gehalten. Anstelle des Sicherungsstiftes kann das Kolbenunterteil auch in das Kolbenoberteil eingeschraubt werden und hierzu ein selbsthemmendes Gewinde aufweisen.
Alternativ hierzu sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Kugelkopf an zwei gegenüberliegenden Seiten parallel zur Stellkolbenachse abgeschnitten ist, so dass eine Kugelzone abgetrennt ist. In dem Stellkolben ist als Aufnahme nach wie vor eine Kugelform eingearbeitet. Die Öffnung im Stellkolben zum Einführen des Kugelkopfes ist seiner speziellen Form angepasst. Nach dem Einführen wird die Kolbenstange um 90° gedreht und in dieser Position durch ein Sicherungselement, das bevorzugt eine Madenschraube ist, gegen Verdrehen gesichert. Anstelle der Madenschraube kann auch ein Kegel-, Kerb- oder ein Spannstift vorgesehen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht eine längsgeteilte Buchse vor, die den Kugelkopf umschließt und in den nach oben offenen Stellkolben eingepresst wird. Hier braucht man keine weiteren Sicherungselemente um die im Betrieb des Pleuels auftretenden Zug- und Druckkräfte zu übertragen.
Anstelle eines vollständigen Kugelkopfes sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung einen am Übergang zur Kolbenstange abgeflachten Kugelkopf vor, wobei die Kolbenstange nach Einsetzen des Kugelkopfes in den Stellkolben über ein Sicherungselement, das bevorzugt ein Sicherungsring (Seegerring) ist, gegen Herausfallen gesichert ist. Um ein Axialspiel der Kolbenstange zu verhindern, wird vorteilhafterweise zwischen dem Sicherungsring und dem abgeflachten Kugelkopf zusätzlich ein Federelement, bevorzugt eine geschlitzte Tellerfeder, eingesetzt.
Anstelle des Sicherungsringes kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung an gegenüberliegenden Seiten des Stellkolbens je ein Fenster vorgesehen sein, durch das ein federndes Sicherungselement, bevorzugt eine Wellfeder, eingesetzt werden kann, die sich einerseits an der Wand der Fensteröffnung und andererseits an der Abflachung am Kugelkopf abstützt. Die Abflachung des Kugelkopfes weist zur Vergrößerung der Abstützfläche der Wellfeder einen umlaufenden Flansch auf, dessen Außendurchmesser größer ist als der Durchmesser des Kugelkopfes. Diese Ausführungsform spart gegenüber der vorgehenden Ausführungsform das separate Federelement.
Eine letzte Ausführungsform der Erfindung sieht eine äußerlich geschlossene Ringfeder vor, die oberhalb des Kugelkopfes angeordnet ist und in den tassenförmigen Stellkolben eingepresst wird und so den Kugelkopf einspannt. Ein separates Sicherungselement ist dann nicht notwendig, wenn die Spannkräfte der Ringfeder größer sind als die im Betrieb des Pleuel wirkenden Kräfte.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 mit den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele 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 die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der mehrere unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Pleuel mit einer Verstelleinrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine,
2a eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Stellkolben,
2b einen Längsschnitt durch die Verbindung nach 2a,
3a eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Stellkolben,
3b einen Längsschnitt durch die Verbindung nach 3a,
4a eine Explosionszeichnung einer dritten Ausführungsform einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Stellkolben,
4b eine Seitenansicht der kompletten Verbindung nach 4a,
4c einen Längsschnitt durch die Verbindung nach 4b,
5a eine Explosionszeichnung einer vierten Ausführungsform einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Stellkolben,
5b die einzelnen Montageschritte der Verbindung nach 5a,
6a eine Explosionszeichnung im Längsschnitt einer fünften Ausführungsform einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Stellkolben,
6b die komplettierte Verbindung nach 6a im Längsschnitt und als Gesamtansicht,
7a eine Explosionszeichnung im Längsschnitt einer sechsten Ausführungsform einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Stellkolben,
7b die komplettierte Verbindung nach 7a im Längsschnitt,
8a einen Längsschnitt durch eine siebte Ausführungsform einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Stellkolben,
8b eine Seitenansicht der Verbindung nach 8a,
8c eine perspektivische Ansicht der in 8 verwendeten Wellfeder,
9a einen Längsschnitt durch eine achte Ausführungsform einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Stellkolben,
9b den ersten Montageschritt der Verbindung nach 9a,
9c den zweiten Montageschritt der Verbindung nach 9a,
9d eine perspektivische Ansicht der in 9 verwendeten Ringfeder.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der 1 ist ein grundsätzlicher Aufbau einer an einem Pleuel 1 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehenen Verstelleinrichtung 7 dargestellt, wobei 1 einen Querschnitt durch das Pleuel 1 zeigt. Das große Pleuellagerauge 2 dient zur Anordnung des Pleuels 1 auf einem Kurbelzapfen einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle. Das große Pleuellagerauge 2 wird dabei durch das Pleuel 1 und einen Lagerdeckel 3 gebildet. Von dem Pleuellagerauge 2 führt ein Pleuelschaft 4 zu einem kleinen Pleuelauge 5, welches ein Kolbenbolzenlager 6 aufnimmt. Dieses Kolbenbolzenlager 6 dient zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Kolbenbolzens, an dem ein Kolben angelenkt ist, der in einer ebenfalls nicht dargestellten Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine sich bewegt.
Wie aus der 1 hervorgeht, ist im Bereich des Pleuelauges 5 eine Verstelleinrichtung 7 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses der Zylindereinheit, welche in diesem Pleuel 1 verwendet wird, vorgesehen. Zu diesem Zweck ist das Pleuelauge 5 mit einem größeren Innendurchmesser ausgebildet und nimmt einen Exzenterkörper 8 auf. Da innerhalb dieses Exzenterkörpers 8 das Kolbenbolzenlager 6 angeordnet ist, lässt sich dessen Lage relativ zum Pleuel 1 verstellen. Weiterhin weist der Exzenterkörper 8 zu seiner Verstellung ein Verstellelement 9 mit einer ersten Betätigungslasche 10 auf, an der eine Kolbenstange 11 angreift.
Die Lasche 10 des Verstellelements 9 weist eine in Richtung der Kolbenstange 11 offene Aufnahme 12 auf. Diese Aufnahme 12 ist aufgrund ihrer Kontur mit einer zylindrischen Gleitfläche 13 versehen, an der sich das entsprechende Ende der Kolbenstange 11 abstützt. Weiterhin geht aus der 1 hervor, dass die Kolbenstange 11 einen kreisrunden Querschnitt aufweist und an ihrem der Aufnahme 12 zugewandten Ende mit einem zylinderförmig gestalteten Endabschnitt 14 versehen ist. Auf diese Weise ist das Ende der Kolbenstange 11 an die Kontur der Aufnahme 12 angepasst. Weiterhin ist erkennbar, dass dieser zylinderförmig gestaltete Endabschnitt 14 der Kolbenstange 11 eine auf dessen Mittelachse liegende Ausnehmung 15 aufweist, in die eine als Drahtklammer 16 ausgebildete Halteklammer mit einem endseitigen Bügel eingreift. Dabei übergreift die Drahtklammer die Betätigungslasche 10 und ist in einer an dieser vorgesehenen Nut 18 geführt.
Weiterhin geht aus der 1 hervor, dass das Verstellelement 9 eine weitere Betätigungslasche 19 aufweist, an der eine Kolbenstange 20 angelenkt ist. Die Anlenkung der Kolbenstange 20 an der Betätigungslasche 19 des Verstellelements 9 erfolgt dabei in der gleichen Weise wie im Zusammenhang mit der Betätigungslasche 10 und der Kolbenstange 11 beschrieben. Dabei weist diese Betätigungslasche 19 eine Aufnahme 21 mit einer zylindrischen Gleitfläche 22 auf. In dieser Aufnahme 21 bzw. in der zylindrischen Gleitfläche 22 ist ein zylinderförmig ausgebildeter Endabschnitt 23 der Kolbenstange 20 schwenkbar geführt. Im Übrigen weist diese Betätigungslasche 19 auch eine Nut 24 mit einer in dieser verlaufenden Drahtklammer 25 auf.
Wie 1 weiterhin zeigt, ist das Verstellelement 9 über eine Verzahnung 26 drehfest mit dem Exzenterkörper 8 verbunden, wobei das Verstellelement 9 zwischen nicht näher dargestellten seitlichen Wangen, in denen der Exzenterkörper 8 gelagert ist und die an dem Pleuelschaft 4 ausgebildet sind, angeordnet ist.
Der 1 ist auch zu entnehmen, dass jede der beiden Kolbenstangen 11 und 20 an ihrem vom Verstellelement 9 abgewandten Ende mit je einem Stellkolben 27 und 28 verbunden ist. Hierzu weist jeder Stellkolben eine nach oben zur Kolbenstange offene Aufnahme 29 bzw. 30 auf, die das stellkolbenseitige Ende der Kolbenstange gleitend umschließt. Die 2 bis 9 beschreiben verschiedene Verbindungsmöglichkeiten.
Beide Stellkolben 27 und 28 sind in Bohrungen 31 und 32 geführt, die in dem Pleuelschaft 4 vorgesehen sind. Die Steuerung der beiden Stellkolben erfolgt mittels eines Druckmittels, üblicherweise das Schmiermittel der Hubkolbenbrennkraftmaschine, über ein nicht näher dargestelltes Steuerventil. Dieses Steuerventil ist in einer Querbohrung 33 angeordnet.
In 2a, b ist eine erste Möglichkeit einer Verbindung zwischen der nur teilweise dargestellten Kolbenstange 11, 20 und dem zugehörigen Stellkolben 27, 28 dargestellt. Hierbei ist 2a eine perspektivische Ansicht der zusammengesetzten Verbindung. 2b zeigt einen Längsschnitt durch die Anordnung nach 2a. Das stellkolbenseitigen Ende der Kolbenstange 11, 20 ist als Kugelkopf 34 ausgebildet.
Der Stellkolben 27, 28 weist einen Kolbenkopf 35 sowie vier Finger 36 bis 39 auf. Die Finger 36 bis 39 besitzen Hinterschneidungen 40. Die dem Kugelkopf 34 zugewandte Fläche des Kolbenkopfes 35 weist eine der Kugelform angepasste Oberfläche 41 auf (2b).
Durch die Hinterschneidungen 40 können die Finger 36 bis 39 sich nach außen biegen, wenn der Kugelkopf 34 mit der Kolbenstange 11, 20 in den Stellkolben 27, 28 hineingedrückt wird. Sie bilden gleichsam eine Rastverbindung.
Da die Stellkolben 27, 28 in den Bohrungen 31, 32 geführt sind, ist im Betrieb der Stellkolben sichergestellt, dass sich die Finger nicht nach außen biegen können. Somit können sie auch Zugkräfte problemlos aufnehmen. Gleichzeitig dienen die Außenflächen der Finger 36 bis 39 als Führungsflächen der Stellkolben 27, 28 in den Bohrungen 31, 32.
In 3a, b ist eine alternative Befestigungsform eines Kugelkopfes 34 mit einem Stellkolben 27, 28 gezeigt. Hier besteht der Stellkolben 27, 28 aus einem Kolbenkopf 35 und einem Kolbenhemd 42, in dem die dem Kugelkopf 34 angepasste Aufnahme 29, 30 eingearbeitet ist. Nach oben zur Kolbenstange 11, 20 sowie zur Seite geht diese Aufnahme 29, 30 zuerst in einen zylindrischen Bereich 43 und dann in je eine an die Kontur der Kolbenstange bzw. der Kugelform angepasste Öffnung 44, 45 über. Die Öffnung 44 umgibt die Kolbenstange 11, 20 mit Spiel. Die Öffnung 45 dient zum Einschieben des Kugelkopfes 34 in seine Aufnahme 29, 30.
Auch mit dieser Verbindung ist es möglich, Zug- und Druckkräfte über die Kolbenstangen 11, 20 zu übertragen. Auch können mit dieser Verbindungsvariante Winkelfehler bei der Montage der Kolbenstangen an den beiden Betätigungslaschen 10, 19 ausgeglichen werden.
Da der Stellkolben 27, 28 mit der Kolbenstange 11, 20 vormontiert wird und es verhindert werden muss, dass sich diese Verbindung wieder frühzeitig löst, wird in den zylindrischen Bereich 43 vor der Öffnung 45 ein Sicherungsring 46 in eine hierfür vorgesehene Nut eingesetzt (3b).
Die 4a bis 4c zeigen eine weitere Möglichkeit, eine Kolbenstange mit einem Stellkolben zu verbinden, um Zug- und Druckkräfte zu übertragen und Winkelfehler auszugleichen.
Auch hier ist an dem stellkolbenseitigen Ende der Kolbenstange ein Kugelkopf 34 vorgesehen. Gegenüber den bisherigen Ausführungsformen ist jedoch der Stellkolben 27, 28 geteilt ausgeführt, wie in 4a, c zu sehen ist. Er besteht aus einem Kolbenoberteil 47 und einem Kolbenunterteil 48.
Das Kolbenoberteil besitzt eine an die Form der Kolbenstange 11, 20 mit ihren zylindrischen Endabschnitten 14, 22 angepasste Öffnung 44' mit Aussparungen 49 zur Durchführung der Kolbenstange 11, 20. Nach unten ist das Kolbenoberteil offen.
Das Kolbenunterteil 48 ist tassenartig derart ausgebildet, dass es von unten in das Kolbenoberteil eingesetzt werden kann.
Die Aufnahme 29, 30 des Kugelkopfes 34 ist zum Einen in dem Kolbenoberteil und zum Anderen im Kolbenunterteil angeordnet.
Montiert wird die Kolbenstange 11, 20 an dem Stellkolben 27, 28 dadurch, dass die Kolbenstange mit ihrem oberen Endabschnitt 14, 23 von unten in das Kolbenoberteil hindurch gesteckt wird, bis der Kugelkopf in der Aufnahme 29, 30 des Kolbenoberteils 47 anliegt. Dann wird das Kolbenunterteil 48 in das Kolbenoberteil eingepasst, so dass der Kugelkopf spielfrei in seiner Aufnahme gehalten wird. Da auch Druckkräfte übertragen werden, kann es vorteilhaft sein, zusätzlich einen Sicherungsstift 50 durch fluchtende Bohrungen im Kolbenoberteil und Kolbenunterteil unterhalb der Aufnahme 29, 30 vorzusehen, der das Kolbenunterteil 48 gegen Herausdrücken aus dem Kolbenoberteil 47 sichert (4c).
In der Ausgestaltung nach 5a, b wird ein modifizierter Kugelkopf 34' verwendet. Hier sind an zwei gegenüberliegende Seiten des Kugelkopfes zwei gleich große Kugelzonen 51 abgetrennt. Die Aufnahme 29, 30 für den Kugelkopf 34' ist jedoch nach wie vor kugelförmig. Hierdurch entsteht beim Einsetzen des Kugelkopfes 34' in die Aufnahme 29, 30 ein Hohlraum, in den eine Madenschraube 52 von außen eingreifen kann. Die Öffnung 44'' für die Kolbenstange 11, 20 besitzt die Kontur des abgeflachten Kugelkopfes 34'.
Montiert wird die Verbindung dadurch, dass der Kugelkopf 34' von oben durch die Öffnung 44'' in den Stellkolben 27, 28 eingeführt wird (5b, I). Anschließend wird die Kolbenstange 11, 20 um 90° in dem Stellkolben gedreht (5b, II). Damit kann die Kolbenstange nicht mehr aus der Aufnahme 29, 30 wegen der konturierten Öffnung 44'' heraus gezogen werden. Um diese Stellung der Kolbenstange zu sichern, wird nun in den Stellkolben die Madenschraube 52 so eingeschraubt, dass sie sich im Bereich einer der beiden abgetrennten Kugelzonen 51 befindet. Anstelle der Madenschraube kann auch ein Zylinderstift eingesetzt werden.
Die Ausgestaltung nach 6a, b zeigt wieder einen Kugelkopf 34 am stellkolbenseitigen Ende der Kolbenstange 11, 20. Hier weist der Stellkolben 27, 28 die Form eines kreiszylindrischen Bechers 53 auf, der nach oben zur Kolbenstange 11, 20 hin offen ist. Zum Halten des Kugelkopfes 34 sind zwei längsgeteilte halbzylinderförmige Halbschalen 54, 55 vorgesehen, die jeweils eine Hälfte der Aufnahme 29, 30 bilden.
Montiert wird diese Verbindung, indem die beiden Halbschalen 54, 55 um den Kugelkopf 34 herum gelegt und anschließend in den Stellkolben 27, 28 eingepresst werden (6a). 6b zeigt die fertige Verbindung einmal im Längsschnitt und einmal als Seitenansicht.
7a, b zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Variante der Verbindung einer Kolbenstange 11, 20 mit einem Stellkolben 27, 28.
Hier weist der Kugelkopf 34'' eine am Übergang zur Kolbenstange angeordnete Abflachung 56 auf. Der Stellkolben 27, 28 besitzt an seinem Grund eine halbkugelförmige Aufnahme 29, 30 und eine sich daran in Richtung auf die Kolbenstange anschließende kreisrunde Öffnung 44, die dem Kugelkopfdurchmesser entspricht. Zwischen der Öffnung 44 und der Aufnahme 29, 30 befindet sich wiederum ein zylindrischer Bereich 43, in dem eine umlaufende Nut 57 eingearbeitet ist.
Montiert wird diese Verbindung dadurch, dass der Kugelkopf 34'' von oben durch die Öffnung 44 in den Stellkolben 27, 28 eingesetzt wird. Anschließend wird eine geschlitzte Tellerfeder 58 seitlich über die Kolbenstange geschoben und auf die Abflachung 56 gelegt. Dann wird ein Sicherungsring 59 (Seegerring) in die Nut 58 eingesetzt. Die Nut 58 ist so angeordnet, dass der Sicherungsring 59 die Tellerfeder 58 vorspannt. Dadurch wird die Kolbenstange 11, 20 spielfrei in dem Stellkolben 27, 28 gehalten. Auch hier können wiederum – wie bei den vorherigen Ausführungen auch – Winkelfehler ausgeglichen werden.
In 8a bis c ist eine weitere Variante der Verbindung einer Kolbenstange 11, 20 mit einem Stellkolben 27, 28 dargestellt. Hier weist der Kugelkopf 34''' keine Abflachung am Übergang zur Kolbenstange auf, sondern einen überstehenden, umlaufenden Flansch 60. Der Stellkolben besitzt an zwei gegenüberliegenden Seiten je ein im Wesentliches rechteckiges Fenster 61, 62. Unterhalb der Fenster 61, 62 weist der Stellkolben die halbkugelförmige Aufnahme 29, 30 auf. Oberhalb der Fenster ist ebenfalls ein zylindrischer Bereich 43 vorgesehen, der in die Öffnung 44''' übergeht, deren Durchmesser dem des Außendurchmessers des Flansches 60 entsprechen.
Zum Halten der Kolbenstange 11, 20 in dem Stellkolben 27, 28 wird eine geschlitzte Wellfeder 63 vorgesehen, die in 8c perspektivisch dargestellt ist. Diese Wellfeder ist in Draufsicht u-förmig ausgebildet. Ihre beiden vorderen freien Enden besitzen eine Fase zum leichteren Einsetzen in den Stellkolben. Auf ihrem mittleren Abschnitt ist als radiale Fixierung eine Haltenase 64 angeordnet. Die Wellfeder ist ein einfaches Biege-Stanzteil.
Diese Wellfeder 63 wird, nachdem der Kugelkopf 34''' von oben in den Stellkolben eingesetzt wurde, radial zur Kolbenstange durch eines der beiden Fenster 61, 62 geschoben. Nach der Montage stützt sich die Wellfeder auf der einen Seite an dem Stellkolben ab und auf der anderen Seite an dem Flansch 60 (8b). Durch die Wellfeder wird der Kugelkopf spielfrei in seine Aufnahme 29, 30 im Stellkolben gedrückt. Die Haltenase 64 verhindert ein Auswandern der Feder im Betrieb der Kolbenstange.
Die 9a bis 9d zeigen wiederum eine Kolbenstange 11, 20 mit einem Kugelkopf 34 an ihrem stellkolbenseitigen Ende. Der Stellkolben ist ähnlich wie in 7 und 8 ausgebildet, d.h. er besitzt eine halbkugelförmige Aufnahme 29, 30 und einen sich daran anschließenden zylinderförmigen Bereich 43', der in die Öffnung 44''' übergeht. Der Durchmesser des Bereiches 43' sowie der Öffnung 44''' ist jedoch größer als der Durchmesser des Kugelkopfes 34.
Zum Halten der Kolbenstange in dem Stellkolben dient eine Ringfeder 65, die in 9d perspektivisch dargestellt ist. Sie weist einen geschlossenen Außendurchmesser 66 auf. Innen ist sie geschlitzt, so dass sich einzelne elastisch verformbare Ringsegmente 67 bilden. Die Ringfeder ist ein Biege-/Stanzteil.
Zur Montage wird zuerst die Kolbenstange 11, 20 von oben durch die Ringfeder 65 gedrückt (9b). Hierbei werden die einzelnen Ringsegmente 67 elastisch nach außen gedrückt. Nach dem Durchpressen des Kugelkopfes 34 federn die Ringsegmente 67 wieder in ihre Ausgangsposition zurück (9c). Anschließend wird die Ringfeder mit der Kolbenstange in den Stellkolben gepresst, bis der Kugelkopf spielfrei in seiner Aufnahme 29, 30 liegt. Je tiefer die Ringfeder in den Stellkolben hineingepresst wird, je höher ist ihre Vorspannung. Die Vorspannung der Ringfeder wird so gewählt, dass sie größer ist als die im Betrieb wirkenden Zugkräfte.
Bezugszeichenliste

1: Pleuel
2: Pleuellagerauge
3: Lagerdeckel
4: Pleuelschaft
5: Pleuelauge
6: Kolbenbolzenlager
7: Verstelleinrichtung
8: Exzenterkörper
9: Verstellelement
10: Betätigungslasche
11: Kolbenstange
12: Aufnahme
13: zylindrische Gleitfläche von 12
14: zylinderförmiger Endabschnitt von 11
15: Ausnehmung von 14
16: Drahtklammer
18: Nut
19: Betätigungslasche
20: Kolbenstange
21: Aufnahme von 19
22: Zylindrische Gleitfläche von 21
23: Zylinderförmiger Endabschnitt von 20
24: Nut von 19
25: Drahtklammer
26: Verzahnung
27: Stellkolben
28: Stellkolben
29: Aufnahme
30: Aufnahme
31: Bohrung
32: Bohrung
33: Querbohrung
34–34''': Kugelkopf
35: Kolbenkopf
36–39: Finger
40: Hinterschneidungen
41: Oberfläche
42: Kolbenhemd
43–43': zylindrischer Bereich
44–44''': Öffnung für Kolbenstange
45: Öffnung
46: Sicherungsring
47: Kolbenoberteil
48: Kolbenunterteil
49: Aussparung
50: Sicherungsstift
51: Kugelzone
52: Madenschraube
53: Becher
54: Halbschale
55: Halbschale
56: Abflachung
57: Nut
58: geschlitzte Tellerfeder
59: Sicherungsring
60: Flansch
61: Fenster
62: Fenster
63: Wellfeder
64: Haltenase
65: Ringfeder
66: Außendurchmesser
67: Ringfedersegment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013224270 B1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34) aufweist, dass der Stellkolben (27, 28) auf seinem Umfang verteilt mehrere Finger (36 bis 39) aufweist, die hinterschnitten sind und dass sowohl die Innenflächen der nicht hinterschnittenen Bereiche der Finger (36–39) als auch der Kolbenboden Gegenflächen zur Kugeloberfläche des Kugelkopfes (34) aufweisen.
Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34) aufweist und dass der Stellkolben (27, 28) eine seitliche Öffnung (45) aufweist, die bis zur Aufnahme (29, 30) reicht.
Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34) aufweist, dass der Stellkolben (27, 28) aus einem Kolbenoberteil (47) mit Seitenwänden und einem den Kolbenboden beinhaltenden tassenförmigen Kolbenunterteil (48) besteht, die gemeinsam die Aufnahme (29, 30) bilden und dass der aus Kolbenunterteil (48) und Kolbenoberteil (47) zusammengesetzte Stellkolben den Kugelkopf (34) umschließt.
Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34') aufweist, dass an dem Kugelkopf (34') an zwei gegenüberliegenden und parallel zur Stellkolbenachse liegenden Seiten eine Kugelzone (51) abgetrennt ist, dass die Aufnahme (29, 30) im Stellkolben (27, 28) eine dem Kugelquerschnitt entsprechende Öffnung (44'') aufweist und dass die Kolbenstange (10, 20) gegen Verdrehen in der Aufnahme (27, 28) durch ein Sicherungselement gesichert ist.
Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34) aufweist, dass die Aufnahme (29, 30) in zwei Halbschalen (54, 55) gebildet ist, die den Kugelkopf (34) umschließen und in den Stellkolben (27, 28) eingepresst sind.
Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34'') aufweist, der am Übergang zur Kolbenstange eine Abflachung (56) aufweist, dass ein Sicherungselement in die nach oben offene Aufnahme (29, 30) eingesetzt ist, und dass zwischen dem Sicherungselement und der Abflachung (56) ein Federelement (58) eingesetzt ist.
Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34''') aufweist, der am Übergang zur Kolbenstange einen Flansch (60) aufweist, dass der Stellkolben (27, 28) im Bereich des Flansches (60) an gegenüberliegenden Seiten ein Fenster (61, 62) aufweist, durch das ein federndes Sicherungselement einsetzbar ist.
Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (1) vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche (10, 19) versehenes Verstellelement (9) angeordnet ist und an der Betätigungslasche (10, 19) ein Ende einer Kolbenstange (11, 20) gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung (31, 32) des Pleuels (1) längsverschiebbar angeordneten Stellkolben (27, 28) verbunden ist, wobei im Stellkolben (27, 28) eine in Richtung des Endes der Kolbenstange (11, 20) offene Aufnahme (29, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11, 20) am stellkolbenseitigen Ende einen Kugelkopf (34) aufweist, dass eine auf ihrem Umfang geschlossene Ringfeder (65) vorgesehen ist, die einerseits die Kolbenstange (11, 20) oberhalb des Kugelkopfes (34) umschließt und andererseits in der Aufnahme (29, 30) eingepresst ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement als Stift (50) oder Gewindestift (52) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement als Sicherungsring (46, 59) ausgebildet ist.