DE102017109172A1

DE102017109172A1 - Connecting rod with a ball joint and method for producing a ball joint connection

Info

Publication number: DE102017109172A1
Application number: DE102017109172.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Reuter; Dietmar Schulze
Original assignee: Eco Holding 1 GmbH
Current assignee: Eco Holding 1 GmbH
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pleuel (1) für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung (2) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge (40), wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (2) wenigstens einen Zylinder (12, 13) mit einem Kolben (16) aufweist, der in einer Zylinderbohrung (10, 11) verschiebbar geführt und mittels eines Kugelgelenks (17) mit einer Stützstange (8, 9) verbunden ist, wobei das Kugelgelenk (17) einen an einer Stützstange (8, 9) angeordneten Kugelkopf (21) umfasst, der in einer Kugelkopfaufnahme (22) des Kolbens (16) gelagert ist und der an seiner Außenfläche in der Kugelkopfaufnahme (22) durch Sicherungsmittel gegen Herausgleiten aus der Kugelkopfaufnahme (22) gesichert ist.
Erfindungsgemäß sind die Sicherungsmittel als eine oder mehrere Haltenasen (30) ausgebildet sind, welche durch plastische Verformung eines Absatzes (28) einer Kolbeninnenseite herstellbar vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Pleuel (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelgelenkverbindung (17) eines solchen Pleuels (1).

The invention relates to a connecting rod (1) for an internal combustion engine with variable compression with an eccentric adjusting device (2) for adjusting an effective connecting rod length (40), wherein the eccentric adjusting device (2) at least one cylinder (12, 13) with a piston (16) which in a cylinder bore (10, 11) slidably guided and by means of a ball joint (17) with a support rod (8, 9) is connected, wherein the ball joint (17) arranged on a support rod (8, 9) Ball head (21) which is mounted in a ball head receptacle (22) of the piston (16) and which is secured on its outer surface in the ball head receptacle (22) by securing means against slipping out of the ball head receptacle (22).
According to the invention, the securing means are designed as one or more retaining lugs (30) which can be produced by plastic deformation of a shoulder (28) of a piston inner side.
The invention further relates to an internal combustion engine with such a connecting rod (1) and a method for producing a ball joint connection (17) of such a connecting rod (1).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Pleuel mit einem Kugelgelenk sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelgelenkverbindung.The invention relates to a connecting rod with a ball joint and a method for producing a ball joint connection.

Stand der TechnikState of the art

Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes „Klopfen“ der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen“ auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuellänge bekannt.In internal combustion engines, a high compression ratio has a positive effect on the efficiency of the internal combustion engine. Under compression ratio is generally understood the ratio of the entire cylinder space before compression to the remaining cylinder space after compression. In internal combustion engines with spark ignition, in particular gasoline engines, which have a fixed compression ratio, the compression ratio, however, may only be selected so high that a so-called "knocking" of the internal combustion engine is avoided during full load operation. However, for the much more frequently occurring partial load range of the internal combustion engine, that is to say with low cylinder filling, the compression ratio could be selected with higher values without "knocking" occurring. The important part load range of an internal combustion engine can be improved if the compression ratio is variably adjustable. For the adjustment of the compression ratio, for example, systems with variable connecting rod length are known.

Aus der DE 10 2005 055 199 A1 ist ein Pleuel bekannt, bei dem im kleinen Pleuelauge ein schwenkbarer Hebel eingesetzt ist, in dessen zentraler Öffnung ein Exzenter eingesetzt ist. Der Exzenter dient zur Aufnahme eines Kolbenbolzens. Der Hebel bildet mit dem Exzenter eine Welle-Nabe-Verbindung. Da die Verbindung im Betrieb des Pleuels hoch belastet wird, sind die Anforderungen an die Fertigungstoleranzen der Verbindungspartner hoch. Die am oberen Pleuellagerauge gelagerten Stützstangen sind mit einem Kugelgelenk in Kugelkopfaufnahmen gelagert und dort mit Querbolzen verschraubt.From the DE 10 2005 055 199 A1 a connecting rod is known in which a pivotable lever is inserted in the small connecting rod eye, in whose central opening an eccentric is inserted. The eccentric serves to receive a piston pin. The lever forms a shaft-hub connection with the eccentric. Since the connection is heavily loaded during operation of the connecting rod, the demands on the manufacturing tolerances of the connection partners are high. The support rods mounted on the upper connecting rod bearing eye are mounted with a ball joint in ball-headed receptacles and screwed there with cross-bolts.

Die DE 10 2015 103 463 A1 beschreibt einen Pleuel mit einem Kugelgelenk, bei welchem der Kugelkopf an seiner Außenfläche in der Kugelkopfaufnahme durch einen Sicherungsring gegen Herausgleiten aus der Kugelkopfaufnahme gesichert ist. Zur axialen Sicherung des Sicherungsringes weist die Kugelkopfaufnahme an ihrem offenen Ende einen Hinterschnitt auf.The DE 10 2015 103 463 A1 describes a connecting rod with a ball joint, wherein the ball head is secured on its outer surface in the ball head receptacle by a securing ring against sliding out of the ball head receptacle. For axial securing of the retaining ring, the ball head receptacle has an undercut at its open end.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Pleuel mit einem hochbelastbaren Kugelgelenk bereitzustellen, der einfach zu montieren und kostengünstig herstellbar ist.An object of the invention is to provide a connecting rod with a heavy duty ball joint, which is easy to assemble and inexpensive to produce.

Weitere Aufgaben sind, eine Brennkraftmaschine mit einem Pleuel mit einem solchen Kugelgelenk und ein entsprechendes Herstellverfahren anzugeben.Other objects are to provide an internal combustion engine with a connecting rod with such a ball joint and a corresponding manufacturing method.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The above objects are achieved with the features of the independent claims.

Es wird ein Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge vorgeschlagen. Die Exzenter-Verstelleinrichtung weist wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben auf, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mittels eines Kugelgelenks mit einer Stützstange verbunden ist, wobei das Kugelgelenk einen an einer Stützstange angeordneten Kugelkopf umfasst, der in einer Kugelkopfaufnahme des Kolbens gelagert ist und der an seiner Außenfläche in der Kugelkopfaufnahme durch Sicherungsmittel gegen Herausgleiten aus der Kugelkopfaufnahme gesichert ist.It is proposed a connecting rod for a variable compression internal combustion engine with an eccentric adjusting device for adjusting an effective connecting rod length. The eccentric adjusting device has at least one cylinder with a piston which is displaceably guided in a cylinder bore and connected by means of a ball joint with a support rod, wherein the ball joint comprises a arranged on a support rod ball head, which is mounted in a ball head receptacle of the piston and the is secured on its outer surface in the ball head receptacle by securing means against slipping out of the ball head socket.

Erfindungsgemäß sind die Sicherungsmittel als eine oder mehrere Haltenasen ausgebildet, welche durch plastische Verformung eines Absatzes einer Kolbeninnenseite herstellbar vorgesehen sind. Die plastische Verformung des Absatzes kann gezielt erfolgen, so dass eine einfache und sichere formschlüssige Verbindung zwischen Kugelkopf und Kolben hergestellt werden kann. Vorteilhaft ist der Kugelkopf in der Kugelkopfaufnahme in alle Raumrichtungen verschwenkbar und gleichzeitig axial nur mit hoher Auszugskraft aus der Kugelkopfaufnahme herausziehbar. Es ist kein zusätzliches Bauteil wie beispielsweise ein Sicherungsring zur Sicherung der Kugelgelenkverbindung notwendig, welcher insbesondere bei einer Hochbelastung der Verbindung versagen kann.According to the invention the securing means are formed as one or more retaining lugs, which are provided producible by plastic deformation of a paragraph of a piston inside. The plastic deformation of the paragraph can be targeted, so that a simple and secure positive connection between the ball head and piston can be made. Advantageously, the ball head in the ball head receptacle is pivotable in all spatial directions and at the same time can be pulled out of the ball head receptacle axially only with high pull-out force. There is no additional component such as a circlip to secure the ball joint connection necessary, which can fail especially at high load the connection.

Der Absatz kann in einfacher und kostengünstiger Weise dadurch vorgesehen werden, dass gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung der Absatz der Kolbeninnenseite zwischen zwei zylindrischen Wandbereichen des Kolbens ausgebildet ist. Aufwendige Hinterschnitte zur Festlegung der Sicherungsmittel können damit entfallen.The paragraph can be provided in a simple and cost-effective manner, that according to an advantageous embodiment of the invention, the shoulder of the piston inner side between two cylindrical wall portions of the piston is formed. Elaborate undercuts for fixing the securing means can be dispensed with.

Vorzugsweise weist der Kolben einen ersten Wandbereich mit einem ersten Außendurchmesser und einen zweiten Wandbereich mit einem zweiten Außendurchmesser auf, wobei der erste Außendurchmesser kleiner als der zweite Außendurchmesser ausgebildet ist.Preferably, the piston has a first wall portion with a first outer diameter and a second wall portion with a second outer diameter, wherein the first outer diameter is smaller than the second outer diameter.

Dabei weist der Kolben im zweiten Wandbereich vorzugsweise eine dünne Wandung auf, wobei die Wandung elastisch ausgebildet ist. In this case, the piston in the second wall region preferably has a thin wall, wherein the wall is designed to be elastic.

Der Kolben kann so beispielsweise einen ersten Wandbereich mit einem kleineren Außendurchmesser als ein zweiter in Längsrichtung folgender Wandbereich aufweisen. Der erste Wandbereich weist demzufolge eine höhere negative Toleranz auf dem Außendurchmesser auf als der zweite Wandbereich, bei dem diese Toleranz viel niedriger ist, so dass das Spiel, wenn der Kolben in der Zylinderbohrung der Hydraulikkammer verschiebbar geführt wird, auch entsprechend niedriger ist. Auf diese Weise ist der Kolben gestuft ausgebildet. Dadurch kann dieser zweite Wandbereich beim Verschieben des Kolbens in der Zylinderbohrung eine Dichtfunktion übernehmen. Zweckmäßig kann dabei der zweite Wandbereich des Kolbens näher zum offenen Ende der Zylinderbohrung angeordnet sein. Der erste Wandbereich dagegen weist ein größeres Spiel auf, um auch bei einer eventuellen Verformung auf Grund der hydraulischen Last der Hydraulikkammer leicht in der Zylinderbohrung zu laufen und ein eventuelles Klemmen des Kolbens zu vermeiden. Der zweite Wandbereich des Kolbens kann vorteilhaft eine dünne Wandung aufweisen, so dass diese Wandung sich elastisch an eine verformte Kontur der Hydraulikkammer anpassen kann. Beispielsweise kann diese Wandung bei Verwendung eines metallischen Werkstoffs, wie es bei einer Exzenter-Verstelleinrichtung üblich ist, bei einer Wandstärke im Wandbereich von 0,2mm bis 0,3 mm liegen. Die dünne Wandung im zweiten Wandbereich des Kolbens ermöglicht so eine günstige Anpassung an die eventuell verformte Hydraulikkammer. Auf diese Weise kann die Dichtfunktion durch den zweiten Wandbereich auch bei verformter Kontur der Hydraulikkammer sichergestellt werden. Außerdem kann so der Kolben in der Zylinderbohrung besser geführt werden, so dass der Verschleiß an Kolben und/oder Zylinderwand der Hydraulikkammer reduziert wird.The piston may thus have, for example, a first wall area with a smaller outer diameter than a second wall area following in the longitudinal direction. Accordingly, the first wall portion has a higher negative tolerance on the outer diameter than the second wall portion, in which this tolerance is much lower, so that the play, when the piston is slidably guided in the cylinder bore of the hydraulic chamber, is also correspondingly lower. In this way, the piston is stepped. As a result, this second wall region can assume a sealing function when the piston is displaced in the cylinder bore. Appropriately, the second wall portion of the piston may be arranged closer to the open end of the cylinder bore. The first wall area, however, has a greater play in order to easily run in the cylinder bore even in a possible deformation due to the hydraulic load of the hydraulic chamber and to avoid any jamming of the piston. The second wall region of the piston can advantageously have a thin wall, so that this wall can adapt elastically to a deformed contour of the hydraulic chamber. For example, this wall when using a metallic material, as is customary in an eccentric adjusting, with a wall thickness in the wall region of 0.2mm to 0.3 mm. The thin wall in the second wall portion of the piston thus allows a favorable adaptation to the possibly deformed hydraulic chamber. In this way, the sealing function can be ensured by the second wall portion even with deformed contour of the hydraulic chamber. In addition, so the piston can be performed better in the cylinder bore, so that the wear on the piston and / or cylinder wall of the hydraulic chamber is reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderbohrung als Spaltdichtung ausgebildet. Ein genügend enger Spalt insbesondere zwischen dem zweiten Wandbereich des Kolbens und der Zylinderwand ermöglicht günstigerweise eine gute Dichtfunktion bei geringer Leckage an Hydraulikflüssigkeit. Gleichzeitig sind die Gleiteigenschaften des Kolbens günstig, so dass die Reibung und damit der Verschleiß an Kolben und Zylinderwand reduziert sind. Auf diese Weise kann ein zusätzliches Dichtelement, beispielsweise in Form eines üblichen O-Rings, eingespart werden, wodurch die Herstellung des Pleuels als auch die Wartung sich kostengünstiger gestalten lässt, da auch keine Dichtung verschleißen kann.According to an advantageous embodiment of the invention, the seal between the piston and cylinder bore is designed as a gap seal. A sufficiently narrow gap, in particular between the second wall region of the piston and the cylinder wall, advantageously allows a good sealing function with little leakage of hydraulic fluid. At the same time the sliding properties of the piston are low, so that the friction and thus the wear on the piston and cylinder wall are reduced. In this way, an additional sealing element, for example in the form of a conventional O-ring, can be saved, whereby the production of the connecting rod and the maintenance can be made more cost-effective, since no seal can wear out.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Pleuel vorgeschlagen. Da der Pleuel eine Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge aufweist, kann so eine variable Verdichtung beim Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht werden.According to a further aspect of the invention, an internal combustion engine with at least one connecting rod according to the invention is proposed. Since the connecting rod has an eccentric adjusting device for adjusting an effective connecting rod length, a variable compression during operation of the internal combustion engine can be made possible.

Ebenso wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelgelenkverbindung eines Pleuels einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge vorgeschlagen.Also proposed is a method for producing a ball joint of a connecting rod of a variable compression internal combustion engine with an eccentric adjusting device for adjusting an effective connecting rod length.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.

Figurenlistelist of figures

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, an embodiment of the invention is shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen beispielhaft:

1 einen bekannten Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung in Draufsicht;
2 den Pleuel aus 1 im Längsschnitt;
3 eine Stützstange eines erfindungsgemäßen Pleuels mit einem Kugelgelenk teilweise im Längsschnitt;
4 einen Kolben der Stützstange gemäß 3 vor der Verbindung mit der Stützstange und
5 die Stützstange gemäß 3 während der Verbindung mit dem Kolben gemäß 4 teilweise im Längsschnitt.

They show by way of example:

1 a known connecting rod for a variable compression internal combustion engine in plan view;
2 the connecting rod 1 in longitudinal section;
3 a support rod of a connecting rod according to the invention with a ball joint partially in longitudinal section;
4 a piston of the support rod according to 3 before the connection with the support rod and
5 the support bar according to 3 during connection with the piston according to 4 partly in longitudinal section.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures are merely examples and are not intended to be limiting.

Die 1 und 2 zeigen einen bekannten Pleuel 1 für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung. Der Pleuel 1 weist eine Exzenter-Verstelleinrichtung 2 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge 40 mit einem Exzenter 4 auf, welcher mit einem ein- oder mehrteiligen Exzenterhebel 3 zusammenwirkt. Dabei ist ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 mittels eines Umschaltventils 5 verstellbar. Die effektive Pleuelstangenlänge 40 ist dabei als Abstand der Mittelachse des Hublagerauges 41 von der Mittelachse der Bohrung des Exzenters 4 als Pleuellagerauge 42 des Pleuels 1 definiert.The 1 and 2 show a known connecting rod 1 for a variable compression internal combustion engine. The connecting rod 1 has an eccentric adjustment 2 for adjusting an effective connecting rod length 40 with an eccentric 4 on, which with a one- or multi-part eccentric lever 3 interacts. This is an adjustment path the eccentric adjusting device 2 by means of a switching valve 5 adjustable. The effective connecting rod length 40 is here as the distance of the central axis of the Hubagerauges 41 from the central axis of the bore of the eccentric 4 as a connecting rod eye 42 of the connecting rod 1 Are defined.

Eine Verdrehung der verstellbaren Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzenter-Verstelleinrichtung wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung oder Verstellbewegung wird durch einen oder mehrere mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl beaufschlagte, im Pleuel 1 integrierte Kolben 6, 7 unterstützt, bzw. die Kolben 6, 7 verhindern ein Rückstellen der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirkenden Kräfte. Die Kolben 6, 7 sind mittels Stützstangen 8, 9 mit dem Exzenterhebel 3 wirkverbunden.A rotation of the adjustable eccentric adjustment 2 is initiated by the action of mass and load forces of the internal combustion engine, which act on the eccentric adjusting device at a power stroke of the internal combustion engine. During a power stroke, the directions of action of the change on the eccentric adjustment 2 acting forces continuously. The rotary movement or adjustment is by one or more acted upon by hydraulic fluid, in particular with engine oil, in the connecting rod 1 integrated pistons 6 . 7 supported, or the piston 6 . 7 prevent resetting the eccentric adjustment 2 due to varying force action directions of the eccentric adjusting device 2 acting forces. The pistons 6 . 7 are by means of support rods 8th . 9 with the eccentric lever 3 operatively connected.

Wie 2 zu entnehmen ist, welche einen Schnitt des Pleuels 1 zeigt, sind die Kolben 6, 7 jeweils in einer Zylinderbohrung 10, 11 eines Zylinders 12, 13 verschiebbar geführt. Die Zylinder 12, 13 können als separates Bauteil oder einteilig mit einem Pleuelkörper 14 des Pleuels 1 vorgesehen sein. Ebenso ist es grundsätzlich denkbar, den Pleuel 1 mit nur einem Zylinder vorzusehen und einen doppelwirkenden Kolben einzusetzen.As 2 it can be seen which a section of the connecting rod 1 shows are the pistons 6 . 7 each in a cylinder bore 10 . 11 a cylinder 12 . 13 slidably guided. The cylinders 12 . 13 can as a separate component or in one piece with a connecting rod body 14 of the connecting rod 1 be provided. It is also conceivable in principle, the connecting rod 1 to provide with only one cylinder and use a double-acting piston.

Weiter sind nicht dargestellte Zuläufe zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit von dem Umschaltventil 5 in durch die Zylinderbohrungen 10, 11 gebildete Hydraulikkammern sowie nicht dargestellte Abläufe zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Hydraulikkammern zum Umschaltventil 5 vorgesehen.Further, not shown feeds for supplying hydraulic fluid from the switching valve 5 in through the cylinder bores 10 . 11 formed hydraulic chambers and processes not shown for discharging hydraulic fluid from the hydraulic chambers to the changeover valve 5 intended.

Die Bearbeitung des Pleuels 1 und insbesondere des Pleuelkörpers 14 ist aufwendig und damit kostenintensiv. Daher kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Verbindungen der Zuläufe und der Abläufe hauptsächlich über das Umschaltventil 5 erfolgen, welches zum Steuern des Hydraulikflüssigkeitsstroms vorgesehen ist. Ferner können Sperrventile 18, 19 vorgesehen sein, welche in das Umschaltventil integriert sind und welche jeweils einen Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit in Richtung Zulauf freigeben oder sperren. Die Abläufe umgehen die Sperrventile 18, 19 im Umschaltventil 5 und können mit einer gedrosselten Bohrung versehen sein. Da die Zu- und Abläufe sowie eine Versorgungsleitung 20 von dem Umschaltventil 5 ausgehen, kann die Bearbeitung des Pleuelkörpers 14 wesentlich vereinfacht werden.The processing of the connecting rod 1 and in particular of the connecting rod body 14 is complicated and therefore costly. Therefore, it can be advantageously provided that the connections of the inlets and the drains mainly via the switching valve 5 take place, which is provided for controlling the hydraulic fluid flow. Furthermore, check valves 18 . 19 be provided, which are integrated in the switching valve and which in each case enable or block a flow of hydraulic fluid in the direction of supply. The processes bypass the check valves 18 . 19 in the changeover valve 5 and may be provided with a throttled bore. As the inflows and outflows and a supply line 20 from the switching valve 5 can go out, the processing of the connecting rod body 14 be greatly simplified.

Die Versorgungsleitung 20 verbindet das Umschaltventil 5 mit einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine, beispielsweise über das Hublagerauge 41. Wenn die Zu- und Abläufe jedoch über das Umschaltventil 5 erfolgen, wird die Hydraulikflüssigkeit grundsätzlich im Umschaltventil 5 durch entsprechende Verbindungen zwischen den beiden Zylindern 12, 13 verteilt, d.h. dass die Versorgungsleitung 20 im Wesentlichen nur dazu dient, überschüssige bzw. fehlende Hydraulikflüssigkeit aufgrund von Leckage bzw. aufgrund der unterschiedlichen Volumen der Zylinder 12, 13 aus dem Umschaltventil 5 abzuleiten oder in das Umschaltventil 5 nachzusaugen.The supply line 20 connects the changeover valve 5 with an oil circuit of the internal combustion engine, for example via the Bublagerauge 41 , However, if the inflows and outflows via the switching valve 5 take place, the hydraulic fluid is basically in the changeover valve 5 through appropriate connections between the two cylinders 12 . 13 distributed, ie that the supply line 20 essentially only serves to excess or missing hydraulic fluid due to leakage or due to the different volume of the cylinder 12 . 13 from the switching valve 5 divert or into the switching valve 5 nachzusaugen.

Eine weitere Vereinfachung kann sich dadurch ergeben, dass die Zu- und Abläufe jeweils als eine einzige Leitung vorgesehen sind.A further simplification can result from the fact that the inlets and outlets are each provided as a single line.

Die Sperrventile 18, 19 können als Rückschlagventile, insbesondere Kugelrückschlagventile oder Kegelsitzventile vorgesehen sein.The check valves 18 . 19 can be provided as check valves, in particular ball check valves or conical seat valves.

Liegen die Rückschlagventile 18, 19, wie in 2 angedeutet, quer zu den hohen Beschleunigungen im Pleuel 1, ist von Vorteil, dass keine Massenkräfte in Längsachse des Rückschlagventils 18, 19 auftreten, die ein ungewolltes Öffnen/Verschließen bewirken können.Are the check valves 18 . 19 , as in 2 indicated, across to the high accelerations in the connecting rod 1 , is advantageous in that no mass forces in the longitudinal axis of the check valve 18 . 19 occur, which can cause an accidental opening / closing.

Das Umschaltventil 5 weist ein nicht beziffertes Abgriffselement auf, welches in einem Ventilgehäuse angeordnet und wahlweise in eine erste Schaltstellung oder eine zweite Schaltstellung verlagerbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung ein Zulauf des ersten Zylinders 12 über einen ersten Hydraulikanschluss des Umschaltventils 5 mit einem Versorgungsanschluss des Umschaltventils 5 und damit mit der Versorgungsleitung 20 des Pleuels 1 und in der zweiten Schaltstellung ein Zulauf des zweiten Zylinders 13 über einen zweiten Hydraulikanschluss des Umschaltventils 5 mit dem Versorgungsanschluss und damit mit der Versorgungsleitung 20 verbunden ist. In der ersten Schaltstellung S1 ist weiter der zweite Hydraulikanschluss verschlossen, während in der zweiten Schaltstellung S2 der erste Hydraulikanschluss verschlossen ist.The changeover valve 5 has a not numbered tap element, which is arranged in a valve housing and selectively displaceable in a first switching position or a second switching position, wherein in the first switching position, an inlet of the first cylinder 12 via a first hydraulic connection of the changeover valve 5 with a supply connection of the changeover valve 5 and thus with the supply line 20 of the connecting rod 1 and in the second switching position, an inlet of the second cylinder 13 via a second hydraulic connection of the changeover valve 5 with the supply connection and thus with the supply line 20 connected is. In the first switching position S1 Furthermore, the second hydraulic connection is closed, while in the second switching position S2 the first hydraulic connection is closed.

Der Aufbau des beschriebenen Pleuels 1 ist nur beispielhaft dargestellt. So ist es beispielsweise möglich, das Umschaltventil 5 im Bereich eines mit dem Pleuelkörper 14 verbundenen Pleueldeckels 15 anzuordnen. Ferner können die beschriebenen Sperrventile 18, 19 in den Zuläufen vorgesehen sein. Auch die hydraulische Versorgung der Hydraulikkammern und die Ausgestaltung des Umschaltventils 5 selbst können von der beschriebenen Ausführung abweichen.The construction of the described connecting rod 1 is shown only as an example. So it is possible, for example, the switching valve 5 in the area of one with the connecting rod body 14 connected connecting rod cover 15 to arrange. Furthermore, the described check valves 18 . 19 be provided in the Zuläufen. Also the hydraulic supply of the hydraulic chambers and the design of the switching valve 5 itself may differ from the described embodiment.

Die Stützstangen 8, 9 sind jeweils mittels einer gleichartigen Kugelkopfverbindung mit den Kolben verbunden, so dass im nachfolgenden die Erfindung beispielhaft an der ersten Stützstange 8 beschrieben wird. Dabei ist in 3 eine Stützstange 8 eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 mit einem Kugelgelenk 17 teilweise im Längsschnitt dargestellt und 4 zeigt einen Längsschnitt eines Kolbens 16 vor der gelenkigen Verbindung mit der Stützstange 8.The support rods 8th . 9 are each by means of a similar spherical head connection with the Piston connected, so that in the following the invention by way of example to the first support rod 8th is described. It is in 3 a support bar 8th a connecting rod according to the invention 1 with a ball joint 17 partially shown in longitudinal section and 4 shows a longitudinal section of a piston 16 before the articulated connection with the support rod 8th ,

Die Stützstange 8 weist das Kugelgelenk 17 auf, welches einen an der Stützstange 8 angeordneten Kugelkopf 21 umfasst, der in einer Kugelkopfaufnahme 22 des Kolbens 16 gelagert ist. Der Kugelkopf 21 ist an seiner Außenfläche in der Kugelkopfaufnahme 22 durch Sicherungsmittel gegen Herausgleiten aus der Kugelkopfaufnahme 22 gesichert.The support bar 8th has the ball joint 17 on which one on the support rod 8th arranged ball head 21 that covers in a ball-headed socket 22 of the piston 16 is stored. The ball head 21 is on its outer surface in the ball head socket 22 by securing means against sliding out of the ball head socket 22 secured.

Die Kugelkopfaufnahme 22 weist ein gewölbtes Bodenteil 23 auf, welches in axialer Richtung in einen ersten zylindrischen Wandbereich 24 mit einer zylindrischen Innenwand 25 übergeht. Das Bodenteil 23 ist an die Außenkontur des Kugelkopfs 21 angepasst und kann auf dem der Kugelkopf 21 gleiten, um Verkippungen der Stützstange 8 zu ermöglichen. Die Kugelkopfaufnahme 22 weist im Bereich des Bodenteils 23 und des zylindrischen Wandbereichs 24 einen ersten Außendurchmesser D1 auf. Der Kugelkopf 21 weist an seinem im Bereich des Bodenteils 23 der Kugelkopfaufnahme 22 angeordneten Ende einen abgeflachten Bereich auf, so dass es tiefer in der Kugelkopfaufnahme 22 angeordnet werden kann.The ball head socket 22 has a curved bottom part 23 which, in the axial direction in a first cylindrical wall portion 24 with a cylindrical inner wall 25 passes. The bottom part 23 is to the outer contour of the ball head 21 adapted and can on the the ball head 21 slide to tilt the support bar 8th to enable. The ball head socket 22 points in the area of the bottom part 23 and the cylindrical wall portion 24 a first outer diameter D1 on. The ball head 21 indicates at its in the area of the bottom part 23 the ball head socket 22 arranged end on a flattened area, making it deeper in the ball head socket 22 can be arranged.

Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, geht der erste zylindrische Wandbereich 24 der Kugelkopfaufnahme 22 in einen zweiten zylindrischen Wandbereich 26 mit einem zweiten Außendurchmesser D2 und einer dünnen Wandung über. Der erste Außendurchmesser D1 ist dabei kleiner als der zweite Außendurchmesser D2 ausgebildet. Die beiden Wandbereiche 24, 26 ermöglichen eine funktionale Trennung zwischen Abdichtung und Gelenkverbindung.In particular 4 can be seen, goes the first cylindrical wall area 24 the ball head socket 22 in a second cylindrical wall area 26 with a second outer diameter D2 and a thin wall over. The first outer diameter D1 is smaller than the second outer diameter D2 educated. The two wall areas 24 . 26 allow a functional separation between sealing and articulation.

Aufgrund des größeren Außendurchmessers D2 ist das Spiel des Kolbens 16 zur Zylinderbohrung 10 geringer als im ersten Wandbereich 24 mit dem kleinen Außendurchmesser D1. Der zweite Wandbereich 26 dient als Dichtbereich. Die Abdichtung des Kolbens 16 ist somit als Spaltdichtung ausgeführt, so dass kein zusätzlich montiertes Dichtelement zur Abdichtung der Hydraulikkammer notwendig ist. Die dünne Wandung des zweiten Wandbereiches 26 ermöglicht zum einen eine relativ große Dichtlänge, zum anderen bietet die dünne Wandung eine optimale Anpassungsmöglichkeit des Kolbens 16 ohne negative Auswirkungen an die sich eventuell aufgrund der Belastungen verformende Hydraulikkammer, da die dünne Wandung bevorzugt elastisch ausgebildet sein kann, um sich einer eventuell verformten Kontur der Zylinderwandung leicht anpassen zu können. Der zweite Wandbereich 26 ist näher zu einem offenen Ende der Zylinderbohrung 10 angeordnet ist als der erste Wandbereich 24, da der zweite Wandbereich 26 die Abdichtfunktion gewährleistet.Due to the larger outside diameter D2 is the game of the piston 16 to the cylinder bore 10 less than in the first wall area 24 with the small outer diameter D1 , The second wall area 26 serves as a sealing area. The sealing of the piston 16 is thus designed as a gap seal, so that no additional mounted sealing element for sealing the hydraulic chamber is necessary. The thin wall of the second wall area 26 on the one hand allows a relatively large sealing length, on the other hand, the thin wall provides an optimal adjustment of the piston 16 without negative effects on the possibly due to the loads deforming hydraulic chamber, since the thin wall may preferably be formed elastically in order to easily adapt to a possibly deformed contour of the cylinder wall can. The second wall area 26 is closer to an open end of the cylinder bore 10 is arranged as the first wall area 24 because of the second wall area 26 Ensures the sealing function.

Aufgrund des kleineren Durchmesser D1 des ersten Wandbereiches 24 bzw. des größeren Spiels in diesem Bereich wird bei Verformung der Hydraulikkammer ein Verklemmen des Kolbens 16 in der Zylinderbohrung 10 verhindert.Due to the smaller diameter D1 of the first wall area 24 or the larger game in this area becomes jamming of the piston upon deformation of the hydraulic chamber 16 in the cylinder bore 10 prevented.

Weiter ergibt sich aufgrund der dünneren Wandung des zweiten Wandbereiches 26 im Vergleich zur zylindrischen Wandung des ersten Wandbereiches 24 auf einer Kolbeninnenseite zwischen der Innenwand 25 des ersten Wandbereiches 24 und einer Innenwand 27 des zweiten Wandbereiches 26 ein orthogonal zur Längsachse L des Kolbens 16 ausgebildeter Absatz 28. Dieser Absatz 28 wird an einer oder mehreren Stellen mit Hilfe eines in 5 ersichtlichen Werkzeuges 29 plastisch zu radial nach innen ragenden, an dem Kugelkopf 21 anliegenden Haltenasen 30 verformt, so dass der der Kugelkopf 21 formschlüssig in dem Kolben 16 gehalten wird. Die Haltenasen 30 stellen einfach und kostengünstig herstellbare Sicherungsmittel gegen ein Herausgleiten des Kugelkopfes 21 aus der Kugelkopfaufnahme 22 dar. Die Anzahl der Haltenasen 30 ist abhängig von den erforderlichen Haltekräften. Eine gleichmäßige Verteilung der Haltenasen 30 um den Kugelkopf 21 herum ist dabei sinnvoll.Next results due to the thinner wall of the second wall area 26 in comparison to the cylindrical wall of the first wall area 24 on a piston inside between the inner wall 25 of the first wall area 24 and an inner wall 27 of the second wall area 26 an orthogonal to the longitudinal axis L of the piston 16 educated paragraph 28 , This paragraph 28 is in one or more places with the help of an in 5 apparent tool 29 plastically to radially inwardly projecting, on the ball head 21 adjacent retaining lugs 30 deformed, leaving the the ball head 21 positively in the piston 16 is held. The retaining lugs 30 provide easy and inexpensive to produce securing means against slipping out of the ball head 21 from the ball head socket 22 dar. The number of retaining lugs 30 depends on the required holding forces. An even distribution of retaining lugs 30 around the ball head 21 around is useful.

Das Werkzeug 29 weist zur Herstellung der Haltenasen 30 entsprechende Umformpins 31 auf, welche in einer Halterung 32 befestigt sind. Zur Herstellung der Haltenasen 30 wird die Halterung 32 relativ zur fixierten Stützstange 8 positioniert, so dass die Umformung des Absatzes 28 mittels einer einfachen Hubbewegung erfolgen kann.The tool 29 points to the production of retaining lugs 30 corresponding forming pins 31 on which in a holder 32 are attached. For the production of retaining lugs 30 becomes the holder 32 relative to the fixed support rod 8th positioned so that the reshaping of the paragraph 28 can be done by a simple lifting movement.

Der nicht gezeigte, zweite Kolben des erfindungsgemäßen Pleuels 1 ist entsprechend dem gezeigten Kolben 16 ausgestaltet.The second piston, not shown, of the connecting rod according to the invention 1 is according to the piston shown 16 designed.

Die Erfindung ermöglicht eine einfache und kostengünstige Kugelgelenkverbindung ohne zusätzliche Bauteile.The invention enables a simple and inexpensive ball joint connection without additional components.

Zudem ist eine bessere elastische Anpassung des Kolbens 16 an die Verformung der Hydraulikkammern gegeben ist. Die Dichtung zwischen den Kolben 16 und den Zylindern 12, 13 bzw. den Zylinderbohrungen 10, 11 kann verbessert werden, wobei das erfindungsgemäße Pleuel weniger Montagebauteile aufweist. Zudem kann aufgrund der engeren Toleranzen zwischen Kolben 16 und Zylinder 12, 13 der Verschleiß verringert werden.In addition, a better elastic adjustment of the piston 16 given to the deformation of the hydraulic chambers. The seal between the pistons 16 and the cylinders 12 . 13 or the cylinder bores 10 . 11 can be improved, wherein the connecting rod according to the invention has fewer mounting components. In addition, due to the tighter tolerances between pistons 16 and cylinders 12 . 13 the wear can be reduced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005055199 A1 [0003]
DE 102015103463 A1 [0004]

Claims

Connecting rod (1) for an internal combustion engine with variable compression with an eccentric adjusting device (2) for adjusting an effective connecting rod length (40), wherein the eccentric adjusting device (2) has at least one cylinder (12, 13) with a piston (16) which is slidably guided in a cylinder bore (10, 11) and connected by means of a ball joint (17) to a support rod (8, 9), the ball joint (17) having a ball head (21) arranged on a support rod (8, 9). comprises, which is mounted in a ball head receptacle (22) of the piston (16) and which is secured on its outer surface in the ball head receptacle (22) by securing means against slipping out of the ball head receptacle (22), characterized in that the securing means as one or more Holding lugs (30) are formed, which are provided producible by plastic deformation of a shoulder (28) of a piston inside.

Connecting rod (1) to Claim 1 , characterized in that the shoulder (28) of the piston inner side between two cylindrical wall portions (24, 26) of the piston (16) is formed.

Connecting rod (1) to Claim 2 , characterized in that the piston (16) has a first wall portion (24) with a first outer diameter (D1) and a second wall portion (26) with a second outer diameter (D2), wherein the first outer diameter (D1) is smaller than the second Outer diameter (D2) is formed.

Connecting rod (1) to Claim 3 , characterized in that the piston (16) in the second wall region (26) has a thin wall, wherein the wall is formed elastically.

Connecting rod (1) to Claim 4 , characterized in that the seal between the piston (16) and the cylinder bore (10, 11) is designed as a gap seal.

Internal combustion engine with an adjustable compression ratio with at least one connecting rod (1) of the preceding claims.

Method for producing a ball joint connection (17) of a connecting rod (1) of a variable compression internal combustion engine with an eccentric adjustment device (2) for adjusting an effective connecting rod length (40), wherein the eccentric adjustment device (2) comprises at least one cylinder (12, 13 ) with a piston (16) which is slidably guided in a cylinder bore (10, 11) and connected by means of a ball joint (17) with a support rod (8, 9), wherein the ball joint (17) on a support rod (8 , 9) arranged ball head (21) which is mounted in a ball head receptacle (22) of the piston (16) and which is secured on its outer surface in the ball head receptacle (22) by securing means against slipping out of the ball head receptacle (22), characterized in that the securing means are formed as one or more retaining lugs (30) by plastic deformation of a shoulder (28) of a piston inner side.

Method according to Claim 7 , characterized in that the retaining lugs (30) are formed in a lifting movement of a tool.