DE102017115350A1 - Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine und Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Exzenterkörper und einem Exzenterhebel eines solchen Pleuels - Google Patents

Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine und Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Exzenterkörper und einem Exzenterhebel eines solchen Pleuels Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pleuel (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, welcher eine Verstelleinrichtung (2) zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels Verstellung der effektiven Pleuelschaftlänge aufweist, wobei ein Exzenterhebel (3) der Verstelleinrichtung (2) axial zwischen zwei Wangen (4a, 4b) eines Pleuelauges (4) angeordnet ist, wobei ein als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung (8) ausgebildeter Exzenterkörper (7) in dem Pleuelauge (4) drehbar gelagert angeordnet sowie in einer Exzenterbohrung (6) des Exzenterhebels (3) mit diesem verbunden ist, und bei dem über einen in die Kolbenbolzenbohrung (8) eingefügten Kolbenbolzen (9) eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge (4) und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt ist. Außerdem ist vorgesehen, dass die Verbindung zwischen dem Exzenterkörper (7) und dem Exzenterhebel (3) als ein Kegelpressverband (10) ausgebildet ist, bei dem eine Innenmantelfläche (12) des Exzenterhebels (3) und eine Außenmantelfläche (13) des Exzenterkörpers (7) im Bereich des Kegelpressverbands (10) als konische komplementäre und durch eine Presskraft kraftschlüssig miteinander in Eingriff gebrachte Flächen ausgebildet sind, und dass an dem Exzenterkörper (7) eine Sicherungsvorrichtung (11) angeordnet und abgestützt ist, mittels der die Presskraft zur Erzeugung des Kegelpressverbands (10) auf den Exzenterhebel (3) übertragbar ist und durch die der Kegelpressverband (10) axial gesichert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, welcher eine Verstelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels einer Verstellung einer effektiven Pleuelschaftlänge aufweist, wobei ein Exzenterhebel der Verstelleinrichtung axial zwischen einer ersten Wange und einer zweiten Wange eines Pleuelauges angeordnet ist, wobei ein als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung ausgebildeter Exzenterkörper in dem Pleuelauge drehbar gelagert angeordnet sowie in einer Exzenterbohrung des Exzenterhebels mit diesem verbunden ist, und bei dem über einen in die Kolbenbolzenbohrung eingefügten Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt ist. Außerdem betrifft die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Exzenterkörper und einem Exzenterhebel eines solchen Pleuels.
  • Bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine kann durch eine motorlastabhängige Variierung des Verdichtungsverhältnisses ε, welches durch das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraums einer Zylindereinheit zum Volumen des Kompressionsraums definiert wird, der Wirkungsgrad gesteigert und folglich der Kraftstoffverbrauch verringert werden. Bei einem VCR-Pleuel (engl.: Variable Compression Ratio) kann zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ε die Lage eines Arbeitskolbens der Zylindereinheit zur Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine durch Verstellen einer effektiven Pleuelschaftlänge, welche durch den Abstand zwischen einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle (großes oder unteres Pleuelauge) und einem mit dem Arbeitskolben verbundenen Kolbenbolzen (kleines oder oberes Pleuelauge) definiert wird, verstellt werden. Bei einer derartigen Verstelleinrichtung steht das Pleuel über einen am oberen Pleuelauge angeordneten Exzenterkörper mit dem Arbeitskolben in Verbindung, wobei in der Regel der Exzenterkörper als ein im Pleuelauge verdrehbarer Wellenzapfen ausgebildet ist, welcher in einer exzentrischen Bohrung über ein Kolbenbolzenlager den Kolbenbolzen aufnimmt. Der Exzenterkörper ist mit einem Exzenterhebel drehfest verbunden, welcher beispielsweise über eine oder zwei an dem Exzenterhebel angelenkte Hebelstangen mittels einer elektrisch ansteuerbaren Aktuatorik zwischen einer ersten Endstellung, entsprechend einer ersten effektiven Pleuelschaftlänge für eine niedrige Verdichtung, und einer zweiten Endstellung, entsprechend einer zweiten effektiven Pleuelschaftlänge für eine hohe Verdichtung, verstellbar ist.
  • Die Verbindung zwischen einem Exzenterkörper und einem Exzenterhebel ist bei einem derartigen Pleuel meistens als eine drehfest im Eingriff stehende Verzahnung der Bauteile ausgebildet, wie sie beispielsweise die DE 10 2005 055 199 A1 zeigt. Eine solche Verzahnung ist aufwendig und teuer. Zudem ist die Verbindung spielbehaftet.
  • Die DE 10 2013 014 090 A1 zeigt ein Pleuel, bei dem auf Verzahnungen an einem Exzenterkörper sowie an einem Exzenterhebel verzichtet wurde und der Exzenterkörper mit dem Exzenterhebel stoffschlüssig durch Verschweißen verbunden ist. Bei einem Schweißprozess an einer Pleuelbaugruppe können Risse und Lunker entstehen sowie Verschmutzungen eingetragen werden.
  • Außerdem hat die Anmelderin bereits eine Presslötverbindung zwischen einem Exzenterkörper und einem Exzenterhebel vorgeschlagen. Die Lotschicht beansprucht allerdings Raum zwischen den Bauteilen, was bei der Konzeptionierung der Verbindung berücksichtigt werden muss.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Pleuel der genannten Art zu schaffen, bei dem die beschriebenen Nachteile beseitigt sind, und das betriebssicher ist sowie kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll die Verbindung zwischen dem Exzenterkörper und dem Exzenterhebel verbessert werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen verbesserten Verbindung zwischen einem Exzenterkörper und einem Exzenterhebel bei dem Pleuel vorzustellen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung entnehmbar sind.
  • Zur Lösung der Aufgabe hinsichtlich des eingangs beschriebenen Pleuels ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Verbindung zwischen dem Exzenterkörper und dem Exzenterhebel als ein Kegelpressverband ausgebildet ist, bei dem eine Innenmantelfläche des Exzenterhebels und eine Außenmantelfläche des Exzenterkörpers im Bereich des Kegelpressverbands als konische zueinander komplementäre und durch eine Presskraft kraftschlüssig miteinander in Eingriff gebrachte Flächen ausgebildet sind, und dass an dem Exzenterkörper eine Sicherungsvorrichtung angeordnet und abgestützt ist, mittels der die Presskraft zur Erzeugung des Kegelpressverbands auf den Exzenterhebel übertragbar ist und durch die der Kegelpressverband axial gesichert ist.
  • Zur Vereinfachung wird hier unter der kurzen Bezeichnung Pleuelauge, falls nicht ausdrücklich anders bezeichnet, stets das von der Kurbelwelle entfernt liegende, also dem Arbeitskolben zugewandte und üblicherweise kleinere der beiden Pleuelaugen eines Pleuels, häufig auch als oberes spezifizierte Pleuelauge verstanden.
  • Die vorgeschlagene Verbindung zwischen einem Exzenterkörper und einem Exzenterhebel eines Pleuels ist kostengünstiger herstellbar als eine Verzahnung der Bauteile und weniger kritisch im Vergleich zu einem Schweißprozess, bei dem Risse und Lunker entstehen können, sowie weniger problematisch im Vergleich zu einer Presslötung, bei der eine Lotschicht zwischen den Bauteilen eingebracht wird.
  • Der Kegelpressverband kann hohe Drehmomente übertragen. Zugleich wirkt der Kegelpressverband im Unterschied zu den Verbindungen gemäß dem Stand der Technik auch als ein Überlastschutz des Pleuels. Bei einem überhöhten Drehmoment kann die Kraftschlussverbindung überwunden werden und sich der Exzenterhebel auf dem Exzenterkörper drehen. Der Exzenterhebel bricht dabei jedoch nicht, so dass die Funktionsfähigkeit weitgehend erhalten bleibt.
  • Vorzugsweise ist für den Kegelpressverband ein relativ flacher Kegelwinkel vorgesehen. Durch einen flachen Kegelwinkel, beispielsweise mit einem Kegelverhältnis von 1:10, wird eine Selbsthemmung in dem Kegelpressverband erreicht, die ein Lockern der Verbindung bei wechselnder Belastung des Pleuels verhindert. Zusätzlich ist die Verbindung durch die Sicherungsvorrichtung gegen ein axiales „Wandern“ gesichert.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine erste Sicherungsvorrichtung eine Hülse aufweist, welche an einer Stirnseite des Exzenterhebels auf die Außenmantelfläche eines ersten Exzenterkörpers aufgesetzt ist, so dass durch Verstemmen der Hülse auf den Exzenterhebel eine Presskraft ausgeübt und dieser dadurch auf den Exzenterkörper aufgepresst sowie axial gesichert ist, dass die Hülse einen kreisförmigen Umfang aufweist, dass die Außenmantelfläche des Exzenterkörpers im Bereich der Hülse radial abgestuft ausgebildet ist, und dass der Außendurchmesser der auf der Stufe aufgesetzten Hülse den gleichen Wert aufweist wie der Außendurchmesser des nicht abgestuften Teils des Exzenterkörpers außerhalb des Kegelpressverbands.
  • Durch Aufpressen und Verstemmen einer einfachen Hülse auf den Exzenterkörper kann demnach der Kegelpressverband zwischen dem Exzenterhebel und dem Exzenterkörper erzeugt und axial gesichert werden. Der Außendurchmesser der Anordnung kann vorteilhat so gestaltet sein, dass die Axialbohrungen in beiden Wangen des Pleuelauges, in denen der Exzenterkörper drehbar gelagert wird, einen einheitlichen Durchmesser aufweisen, so dass radiale Stufungen dieser Pleuelbohrungen vermieden werden.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine zweite Sicherungsvorrichtung eine zylindrische Hohlschraube und eine Schraubenmutter aufweist, wobei die Hohlschraube an einer Stirnseite des Exzenterkörpers in den radialen Innenmantel eines zweiten Exzenterkörpers axial eingesetzt ist sowie sich mit deren Schraubenkopf an einem in dem Innenmantel des Exzenterkörpers ausgebildeten Absatz axial abstützt und dabei den Innenmantel des Exzenterkörpers axial durchragt, wobei die Schraubenmutter an der gegenüberliegenden Stirnseite des Exzenterkörpers auf einem Außengewinde der Hohlschraube aufgeschraubt ist, so dass durch Anziehen der Hohlschraube mittels der Schraubenmutter auf den Exzenterhebel eine Presskraft ausgeübt wird und dieser dadurch auf den Exzenterkörper aufgepresst sowie axial gesichert ist, und dass die Schraubenmutter einen kreisförmigen Außenumfang aufweist sowie der Außendurchmesser der Schraubenmutter den geleichen Wert aufweist wie der Außendurchmesser des Teils des Exzenterkörpers außerhalb des Kegelpressverbands.
  • Demnach kann die Vorrichtung zu Erzeugung und Sicherung des Kegelpressverbands zwischen dem Exzenterhebel und dem Exzenterkörper eine Schraubverbindung sein, mittels welcher der Exzenterhebel auf den Exzenterkörper axial fest aufgeschoben werden kann. Bei dieser Verbindung kann die relative Aufschiebestrecke der konischen Flächen von Exzenterhebel und Exzenterkörper zueinander, beziehungsweise in der Folge die Presskraft des Exzenterhebels auf den Exzenterkörper und damit das über die Verbindung übertragbare Drehmoment genau eingestellt und kontrolliert werden.
  • Zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Exzenterkörper und einem Exzenterhebel eines Pleuels einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgeschlagen, welcher eine Verstelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels einer Verstellung einer effektiven Pleuelschaftlänge aufweist, wobei der Exzenterhebel der Verstelleinrichtung axial zwischen einer ersten Wange und einer zweiten Wange eines Pleuelauges angeordnet wird, wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung ausgebildete Exzenterkörper zum einen in dem Pleuelauge drehbar gelagert ist und zum anderen in einer Exzenterbohrung mit dem Exzenterhebel verbunden wird sowie über einen in die Kolbenbolzenbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt.
  • Gemäß der Erfindung werden bei diesem Verfahren folgende Montageschritte durchgeführt:
    1. a) Einfügen des Exzenterhebels zwischen die Wangen des Pleuelauges,
    2. b) Einsetzen des Exzenterkörpers in das Pleuelauge und in die Exzenterbohrung des Exzenterhebels,
    3. c) Ausrichten von Exzenterkörper und Exzenterhebel zueinander, und
    4. d) Aufschieben des Exzenterhebels axial auf den Exzenterkörper mittels einer sich an dem Exzenterkörper abstützenden und eine Presskraft auf den Exzenterhebel ausübenden Sicherungsvorrichtung sowie axiales Sichern des dadurch hergestellten Kegelpressverbands durch Festsetzen der Sicherungsvorrichtung an dem Exzenterkörper.
  • Demnach werden bei der Montage der Verstelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine der Exzenterhebel und der Exzenterkörper an dem Pleuel zunächst lose angeordnet. Eine relative Winkelstellung zwischen Exzenterhebel und Exzenterkörper, welche eine relative Ausgangslage der Kolbenbolzenbohrung zum Arbeitskolben bestimmt, kann dabei frei eingestellt werden. Bei der Montage der axialen Sicherungsvorrichtung wird der Exzenterhebel mit einer Presskraft beaufschlagt und auf den Exzenterkörper aufgeschoben, beispielsweise durch Verstemmen einer Hülse oder durch Verschrauben einer Schraubverbindung. Dabei stützt sich die axiale Sicherungsvorrichtung an dem Exzenterkörper ab. Auf diese Weise wird der Kegelpressverband erzeugt.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
    • 1 eine Teildarstellung eine Pleuels mit einer ersten Ausführungsform eines Exzenterhebel-Exzenterkörper-Kegelpressverbands gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt,
    • 2 eine andere Teildarstellung des Pleuels gemäß 1 im Querschnitt,
    • 2a ein vergrößertes Detail des Kegelpressverbands gemäß 1 und 2 im Querschnitt,
    • 3 ein Querschnitt eines Pleuels mit zur Montage vorbereiteten Komponenten gemäß der Erfindung, und
    • 4 eine Teildarstellung eines Pleuels mit einer zweiten Ausführungsform eines Exzenterhebel-Exzenterkörper-Kegelpressverbands gemäß der Erfindung in einem Querschnitt.
  • Einige Bauelemente in den Figuren stimmen überein, so dass sie zu Vereinfachung mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.
  • Der Aufbau und die Funktionsweise eines Pleuels einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer auf einem Hebelmechanismus beruhenden Verstelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ε einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine ist an sich bekannt und muss daher hier nicht im Detail erläutert werden. Dazu sei beispielsweise auf die eingangs erwähnte DE 10 2005 055 199 A1 verwiesen. Die zeichnerische Darstellung in den Figuren und die zugehörige Beschreibung beschränkt sich daher im Wesentlichen auf die Komponenten an einem Oberteil eines Pleuels 1 gemäß der Erfindung.
  • Demnach ist ein in den 1 bis 3 dargestellter Exzenterhebel 3 einer in 1 nur pleuelseitig dargestellten Verstelleinrichtung 2 an einem oberen, kleinen Pleuelauge 4 (2 und 3) angeordnet. Das Pleuelauge 4 ist über einen Pleuelschaft 5 mit einem unteren großen Pleuelauge 14 (3) verbunden, welches zur Anordnung des Pleuels 1 auf einem Kurbelzapfen einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgebildet ist. Der Exzenterhebel 3 weist eine Exzenterbohrung 6 auf, in der ein Exzenterkörper 7 eingesetzt ist. Der Exzenterkörper 7 ist durch einen im Folgenden genauer beschriebenen Kegelpressverband 10 mit dem Exzenterhebel 3 kraftschlüssig verbunden und mittels einer eine Hülse 11a aufweisenden Sicherungsvorrichtung 11 axial gesichert.
  • Der Exzenterkörper 7 ist als ein Wellenzapfen ausgebildet, der in dem Pleuelauge 4 drehbar gelagert ist. Der Exzenterkörper 7 weist eine exzentrische Kolbenbolzenbohrung 8 zur drehbaren Aufnahme eines Kolbenbolzens 9 auf. Der Kolbenbolzen 9 selbst ist in 1 lediglich angedeutet. Der Kolbenbolzen 9 ist in bekannter Weise mit einem nicht dargestellten Arbeitskolben einer ebenfalls nicht dargestellten Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden. Da innerhalb des Exzenterkörpers 7 die Kolbenbolzenbohrung 8 exzentrisch angeordnet ist, lässt sich die Lage des Kolbenbolzens 9 relativ zum Pleuel 1 über ein Drehen des Exzenterhebels 3 verstellen.
  • Der Exzenterhebel 3 ist über einen nicht dargestellten Hebelmechanismus in bekannter Weise drehbar und dadurch, wie in 1 angedeutet, zwischen einer ersten Endstellung für ein niedriges Verdichtungsverhältnis ε_low und einer zweiten Endstellung für ein hohes Verdichtungsverhältnis ε_high verstellbar. Der Kolbenbolzen 9 wird dabei zwischen einer kurbelwellennahen Position, entsprechend der kürzeren von zwei möglichen effektiven Pleuelschaftlängen, und einer kurbelwellenfernen Position, entsprechend der längeren effektiven Pleuelschaftlänge, verstellt.
  • 2 zeigt das Pleuel 1 im Querschnitt. Demnach ist das Pleuelauge 4 längsgeteilt in eine erste Pleuelwange 4a und eine zweite Pleuelwange 4b. Die beiden Pleuelwangen 4a, 4b sind mit dem Pleuelschaft 5 jeweils fest und hier einstückig verbunden. In einem axialen Zwischenraum, der die beiden Pleuelaugenwangen 4a, 4b voneinander axial trennt, ist der Exzenterhebel 3 angeordnet. Der als Wellenzapfen ausgebildete Exzenterkörper 7 ist in den beiden Pleuelwangen 4a, 4b radial innen drehbar, beispielsweise gleitend, gelagert. Dafür kann eine für die Erfindung nicht relevante und daher hier nicht thematisierte Schmierölversorgung vorgesehen sein.
  • Der Kegelpressverband 10 zwischen dem Exzenterkörper 7 und dem Exzenterhebel 3 ist in 2a besser erkennbar. Demnach sind die Innenmantelfläche 12 des Exzenterhebels 3 und die Außenmantelfläche 13 des Exzenterkörpers 7 als konische Flächen ausgebildet, die im montierten Zustand, wie in 2 und 2a gezeigt, kraft- und formschlüssig miteinander im Eingriff sind. Die Hülse 11a der Sicherungsvorrichtung 11 ist auf einer am Außenmantel des Exzenterkörpers 7 ausgebildeten Stufe 15 aufgesetzt. Die Stufe 15 erstreckt sich axial etwas über die zugewandte Stirnseite des Exzenterhebels 3 hinaus. Durch die zueinander komplementären, konische Abschrägung der Außenmantelfläche 13 des Exzenterkörpers 7 nach radial innen sowie die entsprechende konische Ausdehnung der Innenmantelfläche 12 des Exzenterhebels 3 nach radial innen ergibt sich erkennbar eine ringförmige, sich radial erstreckende und axial wirksame Angriffsfläche 16 für die Hülse 11a am Exzenterhebel 7. Die radiale Tiefe der Stufe 15 ist dabei so bemessen, dass der Außendurchmesser der Hülse 11a dem maximalen Außendurchmesser d_E des Exzenterkörpers 7 angepasst ist. Der Exzenterkörper 7 ist somit über die radiale Außenmantelfläche der Hülse 11a in der ersten Pleuelwange 4a und über seine eigene radiale Außenmantelfläche auf gleichem Durchmesser in der zweiten Pleuelaugenwange 4b drehbar gelagert. Im dazwischen liegenden axial mittigen Bereich des Pleuels 1 ist der Exzenterkörper 7 mit dem Exzenterhebel 3 über die konischen Flächen 12, 13 mittels eines Pressverbandes verbunden. Dazu ist die Hülse 11a auf der Stufe 15 des Exzenterkörpers 7 verstemmt, so dass über die axiale Angriffsfläche 16 eine Presskraft die konischen Flächen 12, 13 von Exzenterhebel 3 und Exzenterkörper 7 gegeneinander presst und den Kegelpressverband 10 zugleich axial sichert.
  • In 3 ist das Pleuel 1 vor der Montage der Komponenten des Kegelpressverbands 10 dargestellt. Demnach wird zunächst der Exzenterhebel 3 zwischen den Wangen 4a, 4b des Pleuelauges 4 eingefügt. Anschließend wird der Exzenterkörper 7 von einer Stirnseite durch die Wangen 4a, 4b und die Exzenterbohrung 6 eingesteckt sowie zu dem Exzenterhebel 3, passend zu dem an dem Exzenterhebel 3 angelenkten jedoch nicht dargestellten Hebelmechanismus der Verstelleinrichtung 2, ausgerichtet. Von der gegenüberliegenden Stirnseite her wird die Hülse 11a der Sicherungsvorrichtung 11 an den Exzenterkörper 7 angesetzt und durch Beaufschlagen mit einer Axialkraft in axialer Richtung auf dem Exzenterkörper 7 verstemmt. Dabei wird der Exzenterhebel 3 über seine stirnseitige Angriffsfläche 16 durch die Hülse 11a auf den Exzenterkörper 7 aufgeschoben, so dass sich durch die geometrisch komplementären, konische Innenmantelfläche 12 des Exzenterhebels 3 und der Außenmantelfläche 13 des Exzenterkörpers 7 der Kegelpressverband 10 ausbildet. Durch das Verstemmen der Hülse 11a wird der erzeugte Kegelpressverband 10 axial gesichert.
  • Dir 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Kegelpressverband 10 mittels einer zweiten axialen Sicherungsvorrichtung 17 erzeugt und axial gesichert ist. Die zweite axiale Sicherungsvorrichtung 17 weist eine Hohlschraube 18 und eine Schraubenmutter 19 auf. Die Hohlschraube 18 ist in den hier gestuft ausgebildeten Innenmantel 24 eines weitgehend hohlzylindrischen zweiten Exzenterkörpers 23 eingesetzt und stützt sich mit ihrem Schraubenkopf 20 an einem Absatz 21 im Innenmantel 24 des Exzenterkörpers 23 ab. Der zweite Exzenterkörper 23 gemäß 4 ist im Vergleich zu dem ersten Exzenterkörper 7 gemäß 2 axial verkürzt ausgebildet und schließt auf seiner in 4 linken Seite stirnseitig bündig mit dem Exzenterhebel 3 ab, so dass die Hohlschraube 18 den Exzenterkörper 23 mit einem Ende axial durchragt. Die Axialbohrung der Hohlschraube 18 bildet in diesem Beispiel die Kolbenbolzenbohrung 8 zur Aufnahme des Kolbenbolzens 9. Das schraubenkopfferne Ende der Hohlschraube 18 weist ein Außengewinde 22 auf, auf das die Schraubenmutter 19 aufgeschraubt ist.
  • Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels ergibt sich durch die konische Abschrägung der Außenmantelfläche 13 des Exzenterkörpers 23 nach radial innen sowie die entsprechende konische Ausdehnung der Innenmantelfläche 12 des Exzenterhebels 3 nach radial innen eine axiale Angriffsfläche 16 für die zweite Sicherungsvorrichtung 17 am Exzenterhebel 3. Die Schraubenmutter 19 ist in der Größe ihres Außendurchmessers und in der Formgebung ihres Umfangs dem Durchmesser und der Außengeometrie des Außenmantels des Exzenterkörpers 23 außerhalb des Kegelpressverbands 10 angepasst, so dass die Außenmantelfläche der Schraubenmutter 19 hier als ein Zapfenende des Exzenterkörpers 23 zur drehbaren Lagerung des Exzenterkörpers 23 in der ersten Pleuelwange 4a dient. Das gegenüberliegende andere Zapfenende des Exzenterkörpers 23 dient zur Lagerung in der zweiten Pleuelwange 4b.
  • Nach der Montage von Exzenterhebel 3, Exzenterkörper 23 und Sicherungsvorrichtung 17 am Pleuel 1 wird der Kegelpressverband 10 dadurch erzeugt, dass die Hohlschraube 18 angezogen und dadurch der Exzenterhebel 3 von der Schraubenmutter 19 auf den Exzenterkörper 23 aufgeschoben wird. Die Schraubenmutter 19 sichert den Kegelpressverband 10 gleichzeitig axial ab.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Pleuel
    2
    Verstelleinrichtung
    3
    Exzenterhebel
    4
    Oberes kleines Pleuelauge
    4a
    Erste Pleuelwange
    4b
    Zweite Pleuelwange
    5
    Pleuelschaft
    6
    Exzenterbohrung
    7
    Erster Exzenterkörper (1. Ausführungsform)
    8
    Kolbenbolzenbohrung
    9
    Kolbenbolzen
    10
    Kegelpressverband
    11
    Erste axiale Sicherungsvorrichtung (1. Ausführungsform)
    11a
    Hülse der ersten axialen Sicherungsvorrichtung (1. Ausführungsform)
    12
    Innenmantelfläche der Exzenterbohrung
    13
    Außenmantelfläche des Exzenterkörpers
    14
    Unteres großes Pleuelauge
    15
    Stufe am ersten Exzenterkörper (1. Ausführungsform)
    16
    Angriffsfläche am Exzenterhebel
    17
    Zweite axiale Sicherungsvorrichtung (2. Ausführungsform)
    18
    Hohlschraube der zweiten Sicherungsvorrichtung (2. Ausführungsform)
    19
    Schraubenmutter der zweiten Sicherungsvorrichtung (2. Ausführungsform)
    20
    Schraubenkopf der Hohlschraube (2. Ausführungsform)
    21
    Absatz im Innenmantel des zweiten Exzenterkörpers (2. Ausführungsform)
    22
    Außengewinde an der Hohlschraube (2. Ausführungsform)
    23
    Zweiter Exzenterkörper (2. Ausführungsform)
    24
    Innenmantel des zweiten Exzenterkörpers (2. Ausführungsform)
    d_E
    Außendurchmesser des Exzenterkörpers
    ε_low
    Niedriges Verdichtungsverhältnis ε_high Hohes Verdichtungsverhältnis
  • 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 102005055199 A1 [0003, 0022]
    • DE 102013014090 A1 [0004]

Claims (4)

  1. Pleuel (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, welcher eine Verstelleinrichtung (2) zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels einer Verstellung einer effektiven Pleuelschaftlänge aufweist, wobei ein Exzenterhebel (3) der Verstelleinrichtung (2) axial zwischen einer ersten Wange (4a) und einer zweiten Wange (4b) eines Pleuelauges (4) angeordnet ist, wobei ein als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung (8) ausgebildeter Exzenterkörper (7, 23) in dem Pleuelauge (4) drehbar gelagert angeordnet sowie in einer Exzenterbohrung (6) des Exzenterhebels (3) mit diesem verbunden ist, und bei dem über einen in die Kolbenbolzenbohrung (8) eingefügten Kolbenbolzen (9) eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge (4) und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Exzenterkörper (7, 23) und dem Exzenterhebel (3) als ein Kegelpressverband (10) ausgebildet ist, bei dem eine Innenmantelfläche (12) des Exzenterhebels (3) und eine Außenmantelfläche (13) des Exzenterkörpers (7, 23) im Bereich des Kegelpressverbands (10) als konische zueinander komplementäre und durch eine Presskraft kraftschlüssig miteinander in Eingriff gebrachte Flächen ausgebildet sind, und dass an dem Exzenterkörper (7, 23) eine Sicherungsvorrichtung (11, 17) angeordnet und abgestützt ist, mittels der die Presskraft zur Erzeugung des Kegelpressverbands (10) auf den Exzenterhebel (3) übertragbar ist und durch die der Kegelpressverband (10) axial gesichert ist.
  2. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Sicherungsvorrichtung (11) eine Hülse (11a) aufweist, welche an einer Stirnseite des Exzenterhebels (3) auf die Außenmantelfläche (13) eines ersten Exzenterkörpers (7) aufgesetzt ist, so dass durch Verstemmen der Hülse (11a) auf den Exzenterhebel (3) eine Presskraft ausgeübt und dieser dadurch auf den Exzenterkörper (7) aufgepresst sowie axial gesichert ist, dass die Hülse (11a) einen kreisförmigen Umfang aufweist, dass die Außenmantelfläche (13) des Exzenterkörpers (7) im Bereich der Hülse (11a) radial abgestuft ausgebildet ist, und dass der Außendurchmesser der auf der Stufe (15) aufgesetzten Hülse (11a) den gleichen Wert aufweist wie der Außendurchmesser (d_E) des nicht abgestuften Teils des Exzenterkörpers (7) außerhalb des Kegelpressverbands (10).
  3. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Sicherungsvorrichtung (17) eine zylindrische Hohlschraube (18) und eine Schraubenmutter (19) aufweist, wobei die Hohlschraube (18) an einer Stirnseite des Exzenterkörpers (23) in den radialen Innenmantel (24) eines zweiten Exzenterkörpers (23) axial eingesetzt ist sowie sich mit deren Schraubenkopf (20) an einem in dem Innenmantel (24) des Exzenterkörpers (23) ausgebildeten Absatz (21) axial abstützt und dabei den Innenmantel (24) des Exzenterkörpers (23) axial durchragt, wobei die Schraubenmutter (19) an der gegenüberliegenden Stirnseite des Exzenterkörpers (23) auf einem Außengewinde (22) der Hohlschraube (18) aufgeschraubt ist, so dass durch Anziehen der Hohlschraube (18) mittels der Schraubenmutter (19) auf den Exzenterhebel (3) eine Presskraft ausgeübt wird und dieser dadurch auf den Exzenterkörper (23) aufgepresst sowie axial gesichert ist, und dass die Schraubenmutter (19) einen kreisförmigen Außenumfang aufweist sowie der Außendurchmesser der Schraubenmutter (19) den geleichen Wert aufweist wie der Außendurchmesser (d_E) des Teils des Exzenterkörpers (23) außerhalb des Kegelpressverbands (10).
  4. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Exzenterkörper (7, 23) und einem Exzenterhebel (3) eines Pleuels (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, welcher eine Verstelleinrichtung (2) zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels einer Verstellung einer effektiven Pleuelschaftlänge aufweist, wobei der Exzenterhebel (3) der Verstelleinrichtung (2) axial zwischen einer ersten Wange (4a) und einer zweiten Wange (4b) eines Pleuelauges (4) angeordnet wird, wobei der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung (8) ausgebildete Exzenterkörper (7, 23) zum einen in dem Pleuelauge (4) drehbar gelagert ist und zum anderen in einer Exzenterbohrung (6) mit dem Exzenterhebel (3) verbunden wird sowie über einen in die Kolbenbolzenbohrung (8) einfügbaren Kolbenbolzen (9) eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge (4) und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Exzenterkörper (7, 23) und dem Exzenterhebel (3) ein Kegelpressverband (10) hergestellt wird, wofür folgende Montageschritte durchgeführt werden: a) Einfügen des Exzenterhebels (3) zwischen die Wangen (4a, 4b) des Pleuelauges (4), b) Einsetzen des Exzenterkörpers (7, 23) in das Pleuelauge (4) und in die Exzenterbohrung (6) des Exzenterhebels (3), c) Ausrichten von Exzenterkörper (7, 23) und Exzenterhebel (3) zueinander, und d) Aufschieben des Exzenterhebels (3) axial auf den Exzenterkörper (7, 23) mittels einer sich an dem Exzenterkörper (7, 23) abstützenden und eine Presskraft auf den Exzenterhebel (3) ausübenden Sicherungsvorrichtung (11, 17) sowie axiales Sichern des dadurch hergestellten Kegelpressverbands (10) durch Festsetzen der Sicherungsvorrichtung (11, 17) an dem Exzenterkörper (7, 23).
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DE102013014090A1 (de) 2013-08-27 2015-03-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Ag Verbrennungsmotor und Pleuelstange

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