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Die Erfindung betrifft eine Schaltkulissenanordnung mit in einer Raumrichtung verstellbaren Schaltkulissen zum Betätigen von in Pleuel integrierten Pleuelstellmitteln zwecks Veränderung der Länge des jeweiligen Pleuels. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schaltkulissenanordnung.
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Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere solche, die in Kraftfahrzeugen Verwendung finden, sind durchaus so ausgeführt, dass die Länge des dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Pleuels veränderbar ist, womit der Hubkolbenmotor im Betrieb mit variablem Verdichtungsverhältnis arbeiten kann. Zum Verändern der Länge des jeweiligen Pleuels, somit des Abstands der Lagerstellen des jeweiligen Pleuels, einerseits in der Kurbelwelle, andererseits im Kolben, findet eine Schaltkulisse Verwendung, mit der sich in das Pleuel integrierte Pleuelstellmittel aktivieren lassen. Durch Verstellung des jeweiligen Pleuelstellmittels wird, je nach gewählter Technologie, die Länge des Pleuels verändert, beispielsweise durch Verschwenken zweier Teile des Pleuels zueinander, wobei das eine Teil mit der Kurbelwelle und das andere Teil mit dem Kolben verbunden ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltkulissenanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass diese baulich besonders einfach gestaltet ist. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besonders einfaches Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schaltkulissenanordnung anzugeben.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Schaltkulissenanordnung, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Die erfindungsgemäße Schaltkulissenanordnung weist somit in einer Raumrichtung verstellbare Schaltkulissen zum Betätigen von in Pleuel integrierten Pleuelstellmitteln zwecks Veränderung der Länge des jeweiligen Pleuels auf. Hierbei ist ein in der einen Raumrichtung hin und her verschieblich gelagerter Trägerrahmen aus Blech vorgesehen. Ferner sind die mit dem Trägerrahmen fest verbundenen Schaltkulissen als Gussteil oder Sinterteil ausgebildet.
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Die Schaltkulissenanordnung ist somit mehrteilig ausgebildet, wobei der Trägerrahmen aus Blech besteht und die Schaltkulissen als Gussteile oder Sinterteile ausgebildet sind. Dies ermöglicht es, diese für die Schaltkulissenanordnung relevanten Bauteile auf besonders einfache Art und Weise herzustellen und aus diesem die Schaltkulissenanordnung zu bilden. So kann der Trägerrahmen als tragendes Bauteil sehr einfach aus Blech hergestellt werden, insbesondere durch Stanzen und Prägen des Blechs. Die Schaltkulissen hingegen, denen die Aufgabe zukommt, präzise die Schaltung der in die Pleuel integrierten Pleuelstellmittel durchzuführen, lassen sich hinsichtlich grundsätzlicher Gestaltung und Konturausbildung, insbesondere im Bereich von Schaltflächen der Schaltkulissen, besonders einfach als Gussteil oder Sinterteil ausbilden. Es ist dann nur erforderlich, die Schaltkulissen definiert bezüglich des Trägerrahmens zu positionieren und fest mit dem Trägerrahmen zu verbinden.
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Vorzugsweise besteht der Trägerrahmen aus Stahlblech. Er lässt sich somit einerseits besonders gut bearbeiten und weist andererseits eine hohe Festigkeit auf.
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Bezüglich der jeweiligen Schaltkulisse wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn diese als Feingussteil, insbesondere als Stahl-Feingussteil ausgebildet ist. Die Schaltkulisse weist somit als Gussteil exakte Kulissenkonturen zwecks Betätigung des Pleuelstellmittels auf und ist überdies gleichfalls aus sehr beständigem Material gebildet.
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Insbesondere ist der Trägerrahmen einteilig ausgebildet.
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Um eine präzise Positionierung der jeweiligen Schaltkulisse bezüglich des Trägerrahmens zu gewährleisten, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Trägerrahmen mit mindestens einer Prägung zum Vorpositionieren der jeweiligen Schaltkulisse vor deren Verbindung mit dem Trägerrahmen versehen ist. Eine einzige Prägung kann ausreichend sein, wenn diese eine besondere Form aufweist, die zum Vorpositionieren der zugeordneten Schaltkulisse ausreichend ist, beispielsweise eine kreuzförmige Kontur aufweist. Somit ist die Schaltkulisse nicht nur in einer Ebene bezüglich einer Verschiebebewegung vorpositioniert, sondern auch bezüglich einer Drehbewegung. Bei Verwendung mehrerer Prägungen zum Vorpositionieren, können diese wesentlich einfacher ausgebildet sein, um so die zugeordnete Schaltkulisse in zwei Raumrichtungen festzulegen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Trägerrahmen mit mehreren Prägungen zum Vorpositionieren der jeweiligen Schaltkulisse vor deren Verbindung mit dem Trägerrahmen versehen ist, wobei die jeweilige Prägung einen positiven oder negativen Vorsprung zum Zusammenwirken mit angepassten negativen oder positiven Vorsprüngen der zugeordneten Schaltkulisse aufweist. Die Vorsprünge am Trägerrahmen sind beispielsweise zylindrisch ausgebildet.
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Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Schaltkulisse mittels Schweißverbindungen mit dem Trägerrahmen fest verbunden ist. Eine solche Verbindung lässt sich besonders einfach erzeugen und stellt eine dauerhafte Verbindung dar, insbesondere unter dem Aspekt die beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in die Schaltkulisse eingeleiteten Kräfte und/oder Schwingungen zu übertragen.
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Baulich besonders einfach ist der Trägerrahmen gestaltet, wenn er zwei parallel zueinander angeordnete und in der einen Raumrichtung verlaufende erste Rahmenabschnitte und mehrere quer zu diesen ersten Rahmenabschnitten angeordnete und mit den ersten Rahmenabschnitten verbundene zweite Rahmenabschnitte aufweist. Hierbei sind die Schaltkulissen fest mit dem Trägerrahmen im Bereich der ersten Rahmenabschnitte verbunden. Ein derart gestalteter Trägerrahmen benötigt nur wenig Material, ist somit relativ leicht ausgebildet, womit die zu bewegende Masse des Trägerrahmens beim hin und her Bewegen zwecks Betätigen der in die Pleuel integrierten Pleuelstellmittel relativ gering gehalten werden kann. Insbesondere bei Ausbildung des Trägerrahmens als Stahlblech ist selbst bei dieser Konstruktion des Trägerrahmens eine ausreichende Festigkeit bzw. Stabilität des Trägerrahmens gewährleistet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Trägerrahmen, insbesondere ein Ansatz an einem der ersten Rahmenabschnitte des Trägerrahmens, einen Formschlussabschnitt zum Eingreifen eines Stellmittels zum Verschieben des Trägerrahmens aufweist. Hierdurch können die Kräfte zum Verschieben des Trägerrahmens zwecks Betätigen der Pleuelstellmittel unmittelbar in den Trägerrahmen eingeleitet werden. Die Bewegung des Stellmittels kann somit nahezu spielfrei auf den Trägerrahmen übertragen werden und aufgrund der festen Verbindung der Schaltkulissen mit dem Trägerrahmen unmittelbar auf die Pleuelstellmittel übertragen werden.
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Unter dem Aspekt der Fertigbearbeitung der Schaltkulissen nach deren Verbindung mit dem Trägerrahmen wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Trägerrahmen eine Aufnahme zum Positionieren des Trägerrahmens in einer Bearbeitungsposition der Schaltkulisse aufweist. Diese Aufnahme ist insbesondere als Langloch ausgebildet, die sich in der Raumrichtung erstreckt, in der der Trägerrahmen und damit die Schaltkulissen verstellbar sind. Das eine Ende des Langlochs stellt hierbei den Anschlag bzw. den Nullpunkt für die Bearbeitung einer ersten Kulissenfläche dar und das Langloch im Bereich des anderen Endes einen Anschlag für die Bearbeitung einer zweiten Kulissenfläche dieser Schaltkulisse dar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Trägerrahmen in einer stationären Ölhobelanordnung in der Raumrichtung verschiebbar gelagert ist. Der Trägerrahmen ist somit in einem weiteren Funktionsteil der Verbrennungskraftmaschine, nämlich der Ölhobelanordnung gelagert. Diese Ölhobelanordnung weist diverse Ölhobel auf, um Öl im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine von den Pleueln im Bereich deren Kurbelwellenlagerung abzustreifen und einem Ölsumpf bzw. einer Ölwanne zuzuführen.
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Die Schaltkulissenanordnung gemäß der Erfindung und der beschriebenen Weiterbildungen findet insbesondere Verwendung bei einer Verbrennungskraftmaschine, die als Boxermotor ausgebildet ist. Grundsätzlich ist jegliche Verbrennungskraftmaschine geeignet, die nach dem Hubkolben-Prinzip funktioniert. Hierbei ist die Schaltkulissenanordnung zwischen den beiden Zylinderreihen des Boxermotors angeordnet. Der Trägerrahmen stellt sich im Wesentlichen als ebene, gestanzte Platte dar.
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Gelöst wird die Aufgabe ferner durch ein Verfahren zur Herstellung der Schaltkulissenanordnung, das die Merkmale des Patentanspruchs 11 aufweist. Dieses Verfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- a. Herstellen des aus Blech gebildeten Trägerrahmens sowie Herstellen der Schaltkulissen durch Gießen oder Sintern,
- b. Vorpositionieren der Schaltkulissen am Trägerrahmen,
- c. Verschweißen der Schaltkulissen mit dem Trägerrahmen,
- d. Bearbeiten von Schaltflächen der jeweiligen Schaltkulissen, die parallel zu einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur ersten Raumrichtung angeordnet ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Herstellen des Trägerrahmens aus Stahlblech erfolgt und das Herstellen der Schaltkulissen mittels Feinguss, insbesondere mittels Stahl-Feinguss erfolgt. Alternativ wird vorgeschlagen, die Schaltkulissen im Sinterverfahren herzustellen. Die Schaltkulissen sind beispielsweise als Stahlpulver-Sinternteile ausgebildet.
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Vorzugsweise werden unmittelbar beim Herstellen des Trägerrahmens aus Blech Prägungen zum Vorpositionieren der Schaltkulissen ausgebildet. Vorzugsweise werden ferner beim Herstellen der Schaltkulissen durch Gießen bzw. Sintern unmittelbar Vorpositionierbereiche bezüglich des Trägerrahmens ausgebildet.
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Das Bearbeiten der Schaltflächen der jeweiligen Schaltkulisse erfolgt insbesondere durch Schleifen. Ist beispielsweise die erste Raumrichtung in der die Schaltkulissen verstellbar sind, die Raumrichtung X, erfolgt das Bearbeiten der Schaltflächen der jeweiligen Schaltkulisse in Ebenen, die parallel zu der Y-Z-Ebene (Raumrichtungen Y, Z)angeordnet sind.
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Das Verschweißen von Schaltkulissen und Trägerrahmen erfolgt vorzugsweise mittels Laserschweißen oder Elektronenstahlschweißen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verdeutlichung der Schaltkulissenanordnung und des Verfahrens zur Herstellung dieser Schaltkulissenanordnung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Erfindung ist hierbei nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Es zeigt:
- 1 die Schaltkulissenanordnung in einer räumlichen Darstellung,
- 2 die Schaltkulissenanordnung gemäß 1 in einer Explosionsdarstellung,
- 3 die Schaltkulissenanordnung gemäß 1 sowie eine Ölhobelanordnung, veranschaulicht in einer Explosionsdarstellung,
- 4 die Anordnung gemäß 3 in montiertem Zustand,
- 5 die Anordnung gemäß 4 mit zusätzlich veranschaulichtem Stellmotor zum Verschieben des Trägerrahmens sowie zwei unterschiedlichen Zylinderblöcken zugeordneten Pleueln eines Boxermotors.
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Figurenbeschreibung
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In den 1 und 2 ist die Schaltkulissenanordnung 1 veranschaulicht. Diese weist einen aus Stahlblech bestehenden Trägerrahmen 2 sowie sechs Schaltkulissen 3 aus Stahl-Feinguss auf, die mit dem Trägerrahmen 2 fest verbunden sind.
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Der Trägerrahmen ist als Stanzteil ausgebildet. Er weist zwei parallel zueinander angeordnete und in einer Raumrichtung X verlaufende Rahmenabschnitte 4 und zwei quer zu diesen Rahmenabschnitten 4, konkret in der Raumrichtung Y verlaufende und mit den Rahmenabschnitten 4 verbundene Rahmenabschnitte 5 auf. Die Schaltkulissen 3 sind fest mit dem Trägerrahmen 2 im Bereich der Rahmenabschnitte 4 verbunden.
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Die drei mit dem einen Rahmenabschnitt 4 verbundenen Schaltkulissen 3 dienen dem Schalten von drei diesen zugeordneten Pleueln einer ersten Zylinderreihe einer Verbrennungskraftmaschine, die als Boxermotor ausgebildet ist, und die mit dem anderen Rahmenabschnitt 4 verbundenen drei Schaltkulissen 3 dem Schalten von drei zugeordneten Pleueln einer zweiten Zylinderreihe des Boxermotors. Es handelt sich somit um einen Sechs-Zylinder-Boxermotor.
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Insbesondere der Darstellung der 2 ist zu entnehmen, dass der Trägerrahmen 2 im Verbindungsbereich zur jeweiligen Schaltkulisse 3 zwei Prägungen 6, die als Pin-Prägungen ausgebildet sind, aufweist, wobei die Prägungen 6 in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Prägungen 6 stellen somit Erhöhungen gegenüber dem Trägerrahmen 2 in Z-Richtung dar und sind in Y-Richtung beabstandet. Zum Zusammenwirken der jeweiligen Schaltkulisse 3 mit diesen Prägungen 6 am Trägerrahmen 2 ist die Schaltkulisse 3 mit angepassten Rücksprüngen 7 versehen, von denen bei der jeweiligen Schaltkulisse 3 nur ein Rücksprung 7 zu sehen ist.
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Die jeweilige Schaltkulisse 3 wird im Bereich der Prägungen 6 und Rücksprünge 7 vorpositioniert und anschließend die Schaltkulisse 3 mit dem Trägerrahmen 2 durch Laserschweißen fest verbunden.
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Der eine der beiden Rahmenabschnitte 4 ist im Bereich eines freien Endes mit einem beim Herstellen des Trägerrahmens 2 abgewinkelt ausgebildeten Ansatz 8 versehen. Dieser ist U-förmig ausgebildet und stellt einen Formschlussabschnitt zum Eingreifen eines Stellmittels 9 (siehe 3) dar. Mittels dieses Stellmittels 9 lässt sich der Trägerrahmen 2 und demzufolge lassen sich auch die Schaltkulissen 3 in X-Richtung und entgegengesetzt bewegen, zwecks Veränderung der Position der Schaltkulissen 3 in dieser Raumrichtung X und entgegengesetzt.
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Dieser eine Rahmenabschnitt 4 weist ferner eine Aufnahme 10 zum Positionieren des Trägerrahmens 2 in einer Bearbeitungsposition der Schaltkulissen 3 auf. Diese Aufnahme 10 ist als Langloch ausgebildet und stellt den Nullpunkt für die Bearbeitung in X-Richtung dar.
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Die 3, 4 und 5 veranschaulichen das Zusammenwirken der Schaltkulissenanordnung 1 mit einer Ölhobelanordnung 11, ferner eines Stellmotors 12 mit dem Stellmittel 9 sowie die Anordnung von zwei Zylindern unterschiedlicher Zylinderreihen des Boxermotors zugeordneten Pleueln 13, die in der Pleuellänge verstellbar sind.
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Die Ölhobelanordnung 11 weist pro Zylinder bzw. pro jeweiligem Pleuel 13 mehrere, konkret pro Pleuel 13 drei Ölhobel 14 auf, die benachbart eines kurbelwellenseitigen Pleuelauges 15 des Pleuels 13 wirksam sind und dort befindliches überflüssiges Öl vom Pleuel 13 abstreifen und nach unten zu einer Ölwanne bzw. einem Ölsumpf ableiten.
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Die Schaltkulissenanordnung 1 ist in der Ölhobelanordnung 11 gelagert und ausschließlich in X-Richtung bezüglich dieser verschiebbar, aufgrund Einwirkung über den Stellmotor 12.
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Das jeweilige Pleuel ist, wie der Darstellung der 5 zu entnehmen ist, mehrteilig ausgebildet, mit einem Pleuelabschnitt 16, der das große Pleuelauge 15 aufweist, sowie einem um eine X-Achse schwenkbar in diesem Pleuelabschnitt 16 gelagerten Pleuelabschnitt 17, der ein kolbenseitiges, exzentrisches, kleines Pleuelauge 18 aufweist. Zwischen den beiden Pleuelabschnitten 16 und 17 ist ein Stellmechanismus 19 mit zwei Stellstangen 20 wirksam. Diese Stellstangen 20 sind in Lagerachsen 22 des Pleuelabschnitts 17 gelagert und aus dem Pleuelabschnitt 16 ausfahrbar. Bestandteil des Stellmechanismus 19 bildet ferner ein im Pleuelabschnitt 16 im Bereich des Pleuelauges 15 angeordneter, in X-Richtung hin und her verschiebbarer Stift 23. Dieser Stift 23 ist mittels der zugeordneten Schaltkulisse 3 hin und her bewegbar. Hierzu weist die jeweilige Schaltkulisse 3 einen Kulissenabschnitt 24 und einen Kulissenabschnitt 25 auf. Kontaktiert der Stift 23 den Kulissenabschnitt 24, wird aufgrund der Kontur des Kulissenabschnitts 24 der Stift 23 in X-Richtung verschoben und führt zu einer Längenveränderung des Pleuels 13 in der einen Richtung. Wird der Trägerrahmen 2 hingegen mittels des Stellmotors 12 entgegen der X-Richtung verschoben, kontaktiert der andere Kulissenabschnitt 25 der Schaltkulisse 2 den Stift 23 und schiebt diesen wieder zurück, sodass infolge dessen sich die Pleuellänge entgegengesetzt verändert.
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Konkret wird beim Verschieben des Stifts 23 in der x-Richtung die eine Stellstange 20 ausgefahren, bei gleichzeitigem Zurückdrücken der anderen Stellstange 20. Beim Ausfahren der einen Stellstange 20 wird der Pleuelabschnitt 17 kipphebelartig geschwenkt und damit auch das exzentrische Pleuelauge 18, sodass sich die Pleuellänge ändert, z.B. vergrößert. Wird der Stift 23 wieder entgegen der x-Richtung verschoben, wird aufgrund dieser Bewegung die andere Stellstange 20 hydraulisch ausgefahren, bei gleichzeitigem Zurückdrücken der einen Stellstange 20, sodass der Pleuelabschnitt 17 zurückweicht und damit auch das exzentrische Pleuelauge 18, sodass sich die Pleuellänge wieder entgegengesetzt ändert, gemäß Beispiel somit verkleinert. Die Schwenkrichtung des Pleuelabschnitts 17 sind mit dem Doppelpfeil 21 verdeutlicht.
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Hergestellt wird die Schaltkulissenanordnung 1 wie folgt:
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Es wird der aus Stahlblech gebildete Trägerrahmen 2 bei Ausbildung der Prägungen 6 zum Vorpositionieren der Schaltkulissen 3 hergestellt. Unabhängig hiervon werden die Schaltkulissen 3 durch Stahlguss-Feingießen hergestellt, bei Ausbildung der Vorpositionierung dienenden Rücksprünge 7 in den Schaltkulissen 3. Es werden dann die Schaltkulissen 3 am Trägerrahmen 2 vorpositioniert. Anschließend erfolgt das Verschweißen der Schaltkulissen 3 mit dem Trägerrahmen 2 mittels Laserschweißen. Dann erfolgt das Bearbeiten, konkret das Schleifen der die Funktion von Schaltflächen aufweisenden Kulissenabschnitte 24 und 25 der Schaltkulissen 3, die parallel zur Y-Z-Ebene angeordnet sind. Es werden somit die Flächen der Kulissenabschnitte 24, 25, die parallel zur Y-Z-Ebene angeordnet sind, nach dem Laserschweißen bearbeitet. Als Nullpunkt für die Bearbeitung in X-Richtung ist die Aufnahme 10, die als Langloch ausgebildet ist, vorgesehen.
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Beim Bearbeiten der Schaltkulissen 3 aus dem Stahlfeinguss ist somit eine Kombination aus Kalibrierung der Rohgusskontur, welche bei der Herstellung der Schaltkulisse 3 im Bereich der Schaltflächenflächen 24,25 durchgeführt wird, und Fertigbearbeitung der Teilflächen mittels Schleifen vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltkulissenanordnung
- 2
- Trägerrahmen
- 3
- Schaltkulisse
- 4
- Rahmenabschnitt
- 5
- Rahmenabschnitt
- 6
- Prägung
- 7
- Rücksprung
- 8
- Ansatz
- 9
- Stellmittel
- 10
- Aufnahme
- 11
- Ölhobelanordnung
- 12
- Stellmotor
- 13
- Pleuel
- 14
- Ölhobel
- 15
- großes Pleuelauge
- 16
- Pleuelabschnitt
- 17
- Pleuelabschnitt
- 18
- kleines Pleuelauge
- 19
- Stellmechanismus
- 20
- Stellstange
- 21
- Schwenkrichtungen
- 22
- Lagerachse
- 23
- Stift
- 24
- Kulissenabschnitt
- 25
- Kulissenabschnitt
