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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Sicherungselement zum Sichern eines Stellkolbens an einer Kolbenstange für eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei je ein Stellkolben über je eine Kolbenstange mit einem Verstellelement verbunden ist, das durch die Triebwerkskräfte der Hubkolbenbrennkraftmaschine in zwei unterschiedliche Positionen verstellbar ist, in welchen sich die in Stützzylindern geführten einfachwirkenden Stellkolben, die gemeinsam mit den Stützzylindern jeweils einen Druckraum bilden, in einer eingefahrenen oder ausgefahrenen Stellung befinden, wobei die Druckräume jeweils über einen Ölzulauf, in welchem ein Rückschlagventil angeordnet ist, mit einer Ölversorgung verbunden sind, und über einen Ölrücklauf und ein Schaltventil wahlweise druckentlastbar sind, wobei die Kolbenstange an ihrem stellkolbenseitigem Ende einen Aufnahmekopf aufweist, der in einem Hohlraum im Stellkolben eingesetzt ist, und durch ein Sicherungselement gesichert ist,.
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Stand der Technik
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Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses kann der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert werden, woraus insgesamt eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine resultiert. Allerdings ist zu berücksichtigen, bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zunimmt.
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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.
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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 z.B. 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. Bei erstgenannten Vorrichtungen steht das Pleuel über einen am Pleuelauge vorgesehenen verstellbaren Exzenter, in welchem ein Kolbenbolzenlager und ein Kolbenbolzen angeordnet sind, mit dem Kolben in Verbindung. Bei den weiterhin genannten Vorrichtungen ist ein verstellbarer Exzenter kurbelwellenseitig also am Pleuellagerauge vorgesehen, wobei dann dieser Exzenter das Pleuellager umgibt.
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Der entsprechende Exzenter wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel einerseits und dem Kolbenbolzen oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Lastkräfte, verstellt. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Es ist insbesondere für eine am Kolbenbolzenlager vorgesehene Vorrichtung zweckmäßig, den Exzenter mit zwei Stellkolben zu verbinden, die an diesem zu dessen Verdrehung sowie Abstützung über Laschen angreifen. Somit kann durch die Stellkolben die Drehbewegung unterstützt und eine Rückstellung des Exzenters, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter übertragenen Kräfte auftreten kann, vermieden werden.
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Eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der
DE 10 2013 224 270 B3 bekannt. Hier wird eine Pleuelstangenanordnung beschrieben, die aus einer in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordnete Verstellelement mit einer exzentrischen Kolbenbolzenbohrung besteht, wobei das Verstellelement diametral verlaufende Laschen aufweist, an denen über Kolbenstangen die Stellkolben angreifen. Stützzylinder, die diese Stellkolben aufnehmen, werden über Hydraulikflüssigkeitsleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Hydraulikflüssigkeit aus einem Pleuellager versorgt.
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Neben dieser Hydraulikflüssigkeitsleitung ist an jeden der beiden Stützzylinder eine weitere Hydraulikflüssigkeitsleitung angeschlossen, die zu einem Schaltventil führt. Das Schaltventil verbindet wahlweise eine der Hydraulikflüssigkeitsleitungen mit einem als Entlüftungskanal bezeichneten Tankanschluss, über den die Hydraulikflüssigkeit drucklos in eine Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine abgeleitet werden kann.
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Um das Verstellelement in seiner jeweiligen benötigten Stellung zu halten, sind die Stellkolben in den Stützzylindern flüssigkeitsdicht eingepasst oder mit separaten Dichtelementen ausgestattet. Als Sicherungselement zwischen der Kolbenstange und dem Stellkolben ist ein Sicherungsring vorgesehen, der in eine Nut im Stellkolben gehalten ist. Diese Sicherungsart ist fertigungstechnisch aufwändig und damit teuer in der Herstellung.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Sicherungselement für die Sicherung der Kolbenstange an dem zugehörigen Stellkolben vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass ein kraftschlüssig wirkendes Sicherungselement eine höhere Sicherheit gegen ein Herausziehen der Kolbenstange aus dem Stellkolben bietet als ein Formschlüssiges, wie beispielsweise ein Sprengring nach dem Stand der Technik. Beim Umschalten des Verstellelementes treten hohe Zugkräfte an den Kolbenstangen auf, die auf die Stellkolben übertragen werden müssen. Diese können von der eingepressten Hülse aufgenommen werden. Auch lässt sich eine derartige Hülse leicht herstellen und verpressen. An dem Stellkolben selbst muss außer der Aufnahmetasche keine weiteren Bearbeitungsschritte zur Aufnahme des Sicherungselementes durchgeführt werden. Damit wird die Herstellung des Stellkolbens vereinfacht und somit preiswerter. Auch ist es dadurch möglich, den Stellkolben durch Fließpressen herzustellen.
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Die Hülse wird bevorzugt auf der Kolbenstange vormontiert. Hierzu ist sie mit einem Längsschnitt versehen. Dann kann sie über den Aufnahmekopf gedrückt werden. Hierbei tritt eine rein elastische Verformung der Hülse auf. Als Aufnahmekopf eignet sich ein Kugelkopf, der einstückig mit der Kolbenstange hergestellt werden kann, beispielsweise auch durch Fließpressen, was seine Herstellkosten sehr niedrig hält. Durch die erfindungsgemäße Hülse kann die Kolbenstange mitsamt aufgeschobener Hülse in die Aufnahmetasche im Stellkolben eingesetzt und anschließend die Hülse eingepresst werden.
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Der Längsschlitz in der Hülse wird bevorzugt durch Cracken hergestellt. Damit erzielt man eine Bruchlinie im Längsschlitz, die gleichsam eine Verzahnung im Längsschlitz bei eingepresster Hülse erzeugt. Dies erhöht den Widerstand der Hülse gegen Herausziehen durch die an der Kolbenstange wirkenden Zugkräfte.
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Bevorzugt besteht die Hülse aus 100Cr6. Sie sollte vorteilhafter Weise auch durchgehärtet sein.
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An den inneren Kanten der Hülse kann eine Fase angebracht sein, die den Aufnahmekopf spielfrei einklemmt und so zusätzlich an der axialen Bewegung in Zugrichtung hindert.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer aus einem Arbeitskolben und einem Pleuel bestehenden Einheit mit einem Verstellelement, über welches an einem Kolbenbolzen die Lage des Arbeitskolbens gegenüber dem Pleuel veränderbar ist,
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2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Verbindung eines Stellkolbens mit einer Kolbenstange,
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3 eine perspektivische Ansicht der erfindungsmäßen Hülse als Sicherungselement,
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4 eine perspektivische Ansicht der Hülse vor ihrem Aufschieben auf die Kolbenstange,
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5 eine perspektivische Ansicht der Hülse nach ihrem Aufschieben auf die Kolbenstange.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In der 1 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das aus einem Pleueloberteil 2 und einem Pleuelunterteil 3 besteht. Das Pleueloberteil 2 und das Pleuelunterteil 3 bilden gemeinsam ein Pleuellagerauge 4, über welches das Pleuel 1 auf einem nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. Am seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 2 mit einem Pleuelauge 5 versehen, in welchem über ein als Exzenter 6 ausgebildetes Verstellelement 7 und ein nicht näher dargestelltes Kolbenbolzenlager ein Kolbenbolzen 8 angeordnet ist. Über diesen drehbar im Kolbenbolzenlager geführten Kolbenbolzen 8 ist ein Arbeitskolben 9 einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine an dem Verstellelement 7 geführt, wobei dessen Verdrehung in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt.
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Der Exzenter 6 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen 8 oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Lastkräfte, verstellt. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Der Exzenter 6 weist diametral verlaufende Laschen 10 und 11 auf, die jeweils über Kolbenstangen 12 und 13 mit einfachwirkenden Stellkolben 14 und 15 verbunden sind. Die Stellkolben 14 und 15 greifen über die vorgenannten Bauelemente an dem Exzenter 6 an, um diesen zu verdrehen sowie abzustützen. Somit kann durch die Stellkolben 14 und 15 die Drehbewegung des Exzenters 6 unterstützt und seine unerwünschte Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter 6 übertragenen Kräfte auftreten kann, vermieden werden.
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Die Stellkolben 14 und 15 sind in Stützzylindern 16 und 17 geführt und bilden gemeinsam mit diesen Druckräume 18 und 19, in denen als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 4 angeordneten Pleuellager 20 über Ölzulaufleitungen 21 und 22 einströmen kann. Weiterhin geht von jedem der Druckräume 18 und 19 eine Ölrücklaufleitung 23 bzw. 24 aus, die, wie aus der 1 hervorgeht, beide in eine Aufnahmebohrung 25 für ein in diesem Zusammenhang nicht näher beschriebenes Schaltventil einmünden. Von dem Pleuellager 20 führt außerdem eine Steuerleitung 26 zu der Aufnahmebohrung 25.
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Während in 1 ein bekanntes Sicherungselement in der Verbindung der Stellkolben 14, 15 mit der Kolbenstange 14, 15 gezeigt ist, zeigen die folgenden Figuren ein erfindungsgemäß aufgebaute Sicherungselement 27.
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In 2 ist ein Ausschnitt aus dem Pleuel 1 aus 1 im Längsschnitt schematisiert dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Am unteren Ende der Kolbenstange 12, 13 ist ein kugelförmiger Aufnahmekopf 28 angeformt.
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Zur Aufnahme des Aufnahmekopfes 28 weist der Stellkolben 14, 15 einen Hohlraum 29 auf, der im oberen Bereich zylindrisch ausgestaltet ist und dann in diesem Beispiel in eine kugelkopfartige Aufnahmetasche 30 übergeht. Der Stellkolben 14, 15 selbst hat eine kreiszylindrische Außenkontur 31 und ist in dem Stützzylinder 16, 17 gleitend geführt. Zum Abdichten des unterhalb des Stellkolbens gebildeten Druckraumes 18, 19 dient das Dichtelement 32, das in einer Nut 33 im Stellkolben 14, 15 angeordnet ist. Anstelle der Nut 33 mit dem Dichtelement 32 kann auch der Stellkolben dichtend in seinem zugehörigen Stützzylinder 16, 17 eingepasst sein.
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Zum axialen Sichern des Aufnahmekopfes 28 in der Aufnahmetasche 30 dient eine Hülse 34, die in den zylindrischen Bereich der Hohlraumes 29 eingepresst ist. Die Hülse 34 ist in 3 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Sie weist einen kreiszylindrischen Querschnitt auf und ist auf ihrem Umfang mit einem Längsschlitz 35 versehen. Dieser Längsschlitz 35 kann durch Sägen oder Cracken hergestellt werden, wobei das Cracken den Vorteil hat, dass hierdurch eine unregelmäßige Bruchfläche im Längsschlitz entsteht, die eine Verzahnung bildet und so beim Einpressen verhindert, dass sich die beiden Hülsenenden axial gegeneinander verschieben.
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Die Hülse 34 weist an beiden Enden Fasen 36 und 37 auf, wobei die Fase 37, die im eingebauten Zustand dem Aufnahmekopf 28 zugewandt ist, der Kontur des Aufnahmekopfes angepasst ist.
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Um die Hülse 34 nach dem Einsetzen des Aufnahmekopfes 28 in die Öffnung 29 einpressen zu können, wird sie vorab über den Aufnahmekopf 28 geschoben. 4 zeigt hier die Ausgangslage. Da der Innendurchmesser der Hülse 35 kleiner ist als der Außendurchmesser des Aufnahmekopfes 28, wird sich die Hülse beim Überziehen über den Aufnahmekopf durch den Längsschlitz 35 elastisch aufweiten und danach wieder in ihre Ausgangslage zusammenziehen. 5 zeigt die Hülse 34, nachdem sie über den Aufnahmekopf 28 gezogen wurde und nun wieder entspannt die Kolbenstange 12, 13 umschließt. Nun kann der Aufnahmekopf 28 in den Stellkolben 14, 15 eingesetzt und anschließend die Hülse 34 in den zylindrischen Teil des Hohlraumes 29 eingepresst werden.
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Anstelle eines Kugelkopfes, der kugelkopfartigen Aufnahmetasche und einer kreiszylindrischen Hülse 34 kann auch eine andere und aufeinander abgestimmte Ausgestaltung dieser Bauteile gewählt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuel
- 2
- Pleueloberteil
- 3
- Pleuelunterteil
- 4
- Pleuellagerauge
- 5
- Pleuelauge
- 6
- Exzenter
- 7
- Verstellelement
- 8
- Kolbenbolzen
- 9
- Arbeitskolben
- 10
- Lasche
- 11
- Lasche
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Kolbenstange
- 14
- Stellkolben
- 15
- Stellkolben
- 16
- Stützzylinder
- 17
- Stützzylinder
- 18
- Druckraum
- 19
- Druckraum
- 20
- Pleuellager
- 21
- Ölzulaufleitung
- 22
- Ölzulaufleitung
- 23
- Ölrücklaufleitung
- 24
- Ölrücklaufleitung
- 25
- Aufnahmebohrung
- 26
- Steuerleitung
- 27
- Sicherungselement
- 28
- Aufnahmekopf an 12, 13
- 29
- Hohlraum in 14, 15
- 30
- Aufnahmetasche
- 31
- Außenkontur von 14, 15
- 32
- Dichtelement
- 33
- Nut in 14, 15
- 34
- Hülse
- 35
- Längsschlitz in 34
- 36
- Fase an 34
- 37
- Fase an 34
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013224270 B3 [0007]
