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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren Zylindereinheiten Stelleinrichtungen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zugeordnet sind, mit einem Pleuel der jeweiligen Zylindereinheit, das über ein in einem Pleuellagergehäuse angeordnetes Gleitlager auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist und mittels der Stelleinrichtung wenigstens zweistufig in seiner effektiven Länge verstellbar ist, und mit einem Schaltventil zur hydraulischen Betätigung der Stelleinrichtung, wobei das Gleitlager über zumindest eine Ölaustrittsbohrung des Kurbelzapfens, über innerhalb von Kurbelwangen der Kurbelwelle verlaufende Ölführungen und über ein Hauptlager mit Schmieröl aus einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine versorgt wird und zumindest eine Ölsammelnut aufweist, wobei in der zumindest einen Ölsammelnut zumindest eine Öldurchtrittsöffnung vorgesehen ist, die über einen im Pleuellagergehäuse angeordneten Ölsammelraum mit dem Schaltventil und/oder der Stelleinrichtung verbunden ist.
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Stand der Technik
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Das Verdichtungsverhältnis ε einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet ein Verhältnis eines Volumens des gesamten Zylinderraumes zu einem Volumen des Kompressionsraumes. Eine Steigerung des Wirkungsgrades der Hubkolbenbrennkraftmaschine lässt sich durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses erzielen, woraus insgesamt eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine resultiert. Bei einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses ist allerdings zu berücksichtigen, dass bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit der Erhöhung im Volllastbetrieb die Klopfneigung der betreffenden Zylindereinheiten zunimmt. Das Klopfen wird durch eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches hervorgerufen.
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Im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, könnte hingegen das Verdichtungsverhältnis zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert aber, dass es insgesamt zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben. Je nach Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine müsste daher das Verdichtungsverhältnis entsprechend angepasst, also verändert werden.
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Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist im Übrigen besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die mit der Aufladung erzielten Ladedruck insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist.
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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, bei denen das Verdichtungsverhältnis über einen Exzenter verstellt wird, der innerhalb eines Pleuelauges des Pleuels angeordneten. Dieser Exzenter wird an seiner Außenmantelfläche vom Pleuelauge aufgenommen, während eine exzentrisch zur Längsmittelachse des Pleuelauges verlaufende Bohrung des Exzenters als Kolbenbolzenlager zur Aufnahme eines Kolbenbolzens dient.
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Eine Verstellung des Exzenters durch dessen Verdrehung erfolgt durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel einerseits und dem Kolbenbolzen oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Lastkräfte, die aus den Massen- und Gaskräften resultieren. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Es ist dabei zweckmäßig, den Exzenter mit zwei Stellkolben zu verbinden, die an diesem zu dessen Verdrehung sowie Abstützung über Laschen angreifen. Somit kann durch die beiden Stellkolben die Drehbewegung unterstützt und eine Rückstellung des Exzenters, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter wirkenden Kräfte auftreten kann, vermieden werden. Die Verstellung des Exzenters in die jeweiligen Drehlagen wird über ein als Wegeventil ausgebildetes Schaltventil gesteuert, so dass jeder Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine jeweils ein Schaltventil, über welches das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit eingestellt wird, zugeordnet ist.
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Ein Pleuel, das gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert sein soll, ist aus der
DE 10 2015 110 663 A1 bekannt. Dabei ist im Pleuel ein hydraulisch betätigtes Schaltventil für die Steuerung einer Verstellvorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet. Die Verstelleinrichtung weist einen in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordneten Exzenter mit einer exzentrischen Kolbenbolzenbohrung auf, wobei der Exzenter mit diametral verlaufenden Laschen versehen ist, an denen über Exzenterstangen Kolben angreifen. Druckräume, die durch den jeweiligen Kolben und einem im Pleuel ausgebildeten Führungszylinder begrenzt sind, werden über Ölzulaufleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Motoröl aus Nuten eines als Gleitlagerschalen ausgebildeten Pleuellagers versorgt. Neben der jeweiligen Ölzulaufleitung ist an jeden der beiden Druckräume eine weitere Ölrücklaufleitung angeschlossen, die zu dem vorstehend genannten Schaltventil führt.
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Aus einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine, die über ein Hauptlager und eine Kurbelwange mit einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle verbunden ist, wird das Pleuellager mit Motoröl versorgt. Der Kurbelzapfen weist zwei unter einem Winkel zueinander verlaufende Ölaustrittsbohrungen auf, wobei die Lage dieser Ölaustrittsbohrungen und Umfangserstreckungen von zwei in Lagerschalen des Pleuellagers vorgesehenen Ölsammelnuten so bemessen sein sollen, dass in jeder Stellung des Kurbelzapfens mindestens eine der Ölaustrittsbohrungen mit mindestens einer der Ölsammelnuten der Lagerschalen verbunden ist. Über radiale Bohrungen der Lagerschale gelangt das Motoröl in Sammelnuten, die im Pleuellagerauge des Pleuels ausgebildet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Druckmittelversorgung der in dem Pleuel angeordneten Stelleinrichtung zu schaffen, bei der sichergestellt ist, dass die Gaskräfte und Massenkräfte über die zwischen dem Pleuel und dem Kurbelzapfen vorgesehene Gleitlagerung übertragen werden können, ohne einen vorzeitigen Verschleiß bzw. ein Fressen der Gleitlagerflächen zu verursachen.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach sind bei einem Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine deren Zylindereinheiten Stelleinrichtungen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zugeordnet. Die Stelleinrichtungen sind an einem Pleuel der jeweiligen Zylindereinheit vorgesehen, wobei das Pleuel über ein in einem Pleuellagergehäuse angeordnetes Gleitlager auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist und mittels der Stelleinrichtung wenigstens zweistufig in seiner effektiven Länge verstellbar ist. Weiterhin ist ein Schaltventil zur hydraulischen Betätigung der Stelleinrichtung vorgesehen. Das Gleitlager wird über zumindest eine Ölaustrittsbohrung des Kurbelzapfens, über innerhalb von Kurbelwangen der Kurbelwelle verlaufende Ölführungen und über ein Hauptlager, die miteinander kommunizieren, mit Schmieröl aus einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine versorgt.
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Dabei weist das Gleitlager zumindest eine Ölsammelnut auf, wobei in der zumindest einen Ölsammelnut zumindest eine Öldurchtrittsöffnung vorgesehen ist, die über einen im Pleuellagergehäuse angeordneten Ölsammelraum mit dem Schaltventil und/oder der Stelleinrichtung verbunden ist. Ein im Pleueloberteil vorgesehener Bereich des Pleuellagergehäuses soll zwei als Ölsammelräume dienende Nuten aufweisen, wobei sich zwischen diesen ein nutfreier Bereich befindet, der auf einer Geraden liegt, welche sich zwischen einem Mittelpunkt des zur Aufnahme des Kolbenbolzens vorgesehenen Pleuelauges und einem Mittelpunkt des Pleuellagerauges erstreckt. Bei der vorgesehenen Lage der Ölversorgungsnuten in dem Gleitlager kommt es zu einer Störung des hydrodynamischen Gleitlagers. Die Störung kann zu einem Verlust des Schmierfilms führen und somit zu einem Kontakt zwischen Pleuellagerschale und Kurbelzapfen. Durch die so entstandene Mischreibung kommt es zum Verschleiß der Lagerschalen und des Kurbelzapfens.
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Erfindungsgemäß soll dabei die zumindest eine Ölsammelnut im lastfreien Bereich des Gleitlagers angeordnet sein. Durch eine optimierte Gestaltung und Anordnung der Lagerschalen im Pleuellagerauge wird erreicht, dass der hydrodynamische Schmierfilm im Lastbereich nicht gestört wird. Die zum Ausfall des Pleuels führende Mischreibung tritt folglich nicht mehr auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung soll das Pleuellagergehäuse aus einem Pleueloberteil und einem mit diesem verschraubten Pleuellagerdeckel bestehen, wobei der Ölsammelraum nutförmig ausgebildet und ausschließlich im Pleuellagerdeckel vorgesehen ist.
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Weiterhin soll das Gleitlager entsprechend einer Trennung des Pleuellagergehäuses in zwei Lagerschalen geteilt sein, wobei sich die jeweilige Ölsammelnut, ausgehend von zumindest einer der zwischen den Lagerschalen vorhandenen Trennebenen jeweils über Teilbereiche der beiden Lagerschalen erstreckt. Dabei sind in Nutabschnitten der Ölsammelnuten, die in der im Pleuellagerdeckel angeordneten Lagerschale ausgebildet sind, Öldurchtrittsöffnungen vorgesehen, die die jeweilige Ölsammelnut mit dem Ölsammelraum verbinden. Außerdem sollen Nutabschnitte der Ölsammelnuten von beiden zwischen den Lagerschalen verlaufenden Trennebenen ausgehen
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Patentanspruchs 1 mit den abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles 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 das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränken.
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Figurenliste
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine schematische Teilansicht eines Pleuels im Längsschnitt mit einer Verstellvorrichtung, die einem Pleuelauge des Pleuels zugeordnet ist und zwei Stellkolben, einen durch einen Exzenterhebel verdrehbaren Exzenterkörper sowie ein erfindungsgemäßes Umschaltelement aufweist,
- 2 einen Längsschnitt durch ein Pleuellagergehäuse,
- 3 eine Draufsicht auf eine Lagerschale, die für eine Anordnung in einem am Pleueloberteil vorgesehenen Pleuellagerauge vorgesehen ist,
- 4 einen Schnitt gemäß Linie IV - IV durch die Lagerschale der 3,
- 5 eine Draufsicht auf eine Lagerschale, die für eine Anordnung in einem im Pleuellagerdeckel vorgesehenen Pleuellagerauge vorgesehen ist, und
- 6 einen Schnitt gemäß Linie VI - VI durch die Lagerschale der 5.
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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 zum Teil als Pleuelschaft 2 ausgebildeten Pleueloberteil 3 und einem Pleuellagedeckel 4 besteht. Das Pleueloberteil 3 und der Pleuellagerdeckel 4 bilden gemeinsam ein Pleuellagergehäuse 5 mit einem Pleuellagerauge 5a, wobei das Pleuellagerauge 5a eine Längsmittelachse 6 aufweist und durch dieses das Pleuel 1 auf einem in der 1 nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert werden soll. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 3 mit einem Pleuelauge 7 versehen, in welchem über einen Exzenterkörper 8 und über ein Kolbenbolzenlager 8a ein nicht näher dargestellter Kolbenbolzen gelagert ist.
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Durch den drehbar im Kolbenbolzenlager 8a geführten Kolbenbolzen ist ein ebenfalls nicht dargestellter Arbeitskolben einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine an dem Exzenterkörper 8 geführt, wobei eine Verdrehung des Exzenterkörpers 8 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 Exzenterkörper 8 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen sowie dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Gaskräfte, verstellt. Während des Arbeitsverfahrens der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Mit dem Exzenterkörper 8 ist ein als zweiarmiger Hebel ausgebildeter Exzenterhebel 9 drehfest verbunden, der diametral verlaufende Laschen 10 und 11 aufweist, wobei diese jeweils über Kolbenstangen 12 und 13 mit einfachwirkenden Stellkolben 14 und 15 verbunden sind. Die Stellkolben 14 und 15 greifen mittels der vorgenannten Bauelemente an dem Exzenterkörper 8 an, um diesem eine Verdrehung zu ermöglichen oder ihn in der jeweiligen Position abzustützen. Dabei ist der Stellkolben 14 zur massenkraftseitigen Abstützung des Exzenterhebels 9 vorgesehen, während sich der Stellkolben 15 gaskraftseitig des Exzenterhebels 9 befindet. Somit kann durch die Stellkolben 14 und 15 die Drehbewegung des Exzenterkörpers 8 unterstützt oder seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenterkörper 8 übertragenen Kräfte bewirkt werden würde, verhindert werden. Der Exzenterhebel 9 und die über die Kolbenstangen 12, 13 mit diesem zusammenwirkenden Stellkolben 14, 15 bilden eine Stelleinrichtung zur Änderung der effektiven Länge des Pleuels 1.
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Die Stellkolben 14 und 15 bilden gemeinsam mit Zylinderbohrungen 16 und 17, in denen sie geführt sind, Stützzylinder 18 und 19, wobei jeder Stützzylinder 18 bzw. 19 einen Druckraum 20 bzw. 21 aufnimmt. Von einem in dem Pleuellagerauge 5a angeordneten Pleuellager, das anhand der nachfolgenden 2 und 3 beschrieben wird, geht eine Fluidleitung 22 aus, die zu einem am Pleuellagerdeckel 4 angeordneten Ventilmodul 23, welches ein Schaltventil 24 zur Ableitung des Druckmittels aus den Druckräumen 20 bzw. 21 und nicht näher dargestellte Rückschlagventile aufnimmt. Außerdem gehen jeweils Ölleitungen 25 und 26 von den Druckräumen 20 und 21 aus, die beide zu dem Ventilmodul 23 führen, welches quer zur Längsmittelachse 6 des Pleuellagerauges 5a verläuft. Das Schaltventil 24 weist einen Steuerschieber 27 auf, der quer zu diesem und folglich parallel zur Längsmittelachse 6, des Pleuellagerauges 5a verläuft. Von diesem ist ein stirnseitiges Ende sichtbar, welches mechanisch über eine nicht dargestellte Kulisse verschoben werden kann. Den Ölleitungen 25 und 26 soll dabei Druckmittel, also Schmieröl, aus dem Pleuellager über die Rückschlagventile zugeführt werden. Das Ventilmodul 23 ist in den folgenden 5, 6 und 7 nur symbolisch als schraffierte ovale Fläche dargestellt.
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Der 2 ist als Teilansicht des Pleuels 1 die Ausbildung eines entsprechenden Pleuellagergehäuses 5 zu entnehmen, wobei in dieser Teilansicht auf die Darstellung des am Pleuellagerdeckel 4 angeordneten Ventilmoduls 23 verzichtet wurde. Danach sind der Pleuellagerdeckel 4 und das Pleueloberteil 3 mittels Schrauben 28 miteinander verspannt und bilden eine Trennebene 29. In das Pleuellagerauge 5a, das von dem Pleuellagerdeckel 4 und dem entsprechenden Abschnitt des Pleueloberteils 3 umschlossen ist, befindet sich ein Gleitlager 30. Das Gleitlager 30 besteht aus einer oberen Lagerschale 31 und einer unteren Lagerschale 32, die in das Pleuellagerauge 5a eingelegt sind und, eine Trennebene 33 bildend, mit ihren Enden aneinander liegen. Die obere Lagerschale 31 weist Nutabschnitte 34 und 35 auf, während sich in der unteren Lagerschale 32 Nutabschnitte 36 und 37 befinden. Im montierten Zustand der Lagerschalen 31 und 32 ergänzen sich die Nutabschnitte 34 und 36 zu einer Ölsammelnut 38 und die Nutabschnitte 35 und 37 zu einer Ölsammelnut 39. Mit dem Gleitlager 30 ist das Pleuel 1 auf einem Kurbelzapfen 40 einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle gelagert, wobei dem Gleitlager unter Druck stehendes Schmieröl über eine radial innerhalb des Kurbelzapfens 40 verlaufende Ölaustrittsbohrung 41 zugeführt wird.
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Dabei ist der 2 weiterhin zu entnehmen, dass die Ölaustrittsbohrung 41, je nach Stellung des Kurbelzapfens 40, mit einer der beiden Ölsammelnuten 38 oder 39 kommuniziert. Die Nutabschnitte 36 und 37 der unteren Lagerschale 32 weisen radial verlaufende Öldurchtrittsöffnungen 42 bzw. 43 auf, über welche das Schmieröl in einen in dem Pleuellagerdeckel 4 ausgebildeten Ölsammelraum 44 gelangt. Dieser soll über im Pleuellagerdeckel 4 axial verlaufende Ölsammelnuten 45 und 46 mit dem in 2 nicht dargestellten Ventilmodul 23 in Verbindung stehen (siehe hierzu 1), wobei das Schmieröl aus den Ölsammelnuten 45 und 46 über in dem Ventilmodul 23 vorgesehene Rückschlagventile in die Stützzylinder 18 und 19 der 1 gelangt und über die Fluidleitung 22, die vom Schaltventil 24 ausgeht, Druckmittel aus einem der Stützzylinder 18 und 19 zurück in den Ölsammelraum 44 strömen kann. Der 2 ist zu entnehmen, dass sich die Ölsammelnuten 38 und 39 in einem lastfreien Bereich des Pleuellagerauges 5a und somit des Gleitlagers 30 befinden.
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Die 3 bis 6 zeigen die Lagerschalen 31 und 32 mit den zuvor erläuterten Nutabschnitten 34 bis 37. Weiterhin ist erkennbar, dass sich diese zu den beiden Ölsammelnuten 38 und 39 ergänzen sollen. Außerdem geht aus den Darstellungen hervor, dass sich die Öldurchtrittsöffnungen, die vorliegend als Bohrungen ausgebildet sind, vom Nutgrund der Nutabschnitte 36 und 37 ausgehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuel
- 2
- Pleuelschaft
- 3
- Pleueloberteil
- 4
- Pleuellagerdeckel
- 5
- Pleuellagergehäuse
- 5a
- Pleuellagerauge
- 6
- Längsmittelachse von 5
- 7
- Pleuelauge
- 8
- Exzenterkörper
- 8a
- Kolbenbolzenlager
- 9
- Exzenterhebel
- 10
- Lasche
- 11
- Lasche
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Kolbenstange
- 14
- Stellkolben
- 15
- Stellkolben
- 16
- Zylinderbohrung
- 17
- Zylinderbohrung
- 18
- Stützzylinder
- 19
- Stützzylinder
- 20
- Druckraum
- 21
- Druckraum
- 22
- Fluidleitung
- 23
- Ventilmodul
- 24
- Schaltventil
- 25
- Ölleitung
- 26
- Ölleitung
- 27
- Steuerschieber
- 28
- Schraube
- 29
- Trennebene zwischen 3 und 4
- 30
- Gleitlager
- 31
- obere Lagerschale von 30
- 32
- untere Lagerschale von 30
- 33
- Trennebene zwischen 31 und 32
- 34
- Nutabschnitt von 31
- 35
- Nutabschnitt von 31
- 36
- Nutabschnitt von 32
- 37
- Nutabschnitt von 32
- 38
- Ölsammelnut
- 39
- Ölsammelnut
- 40
- Kurbelzapfen
- 41
- Ölaustrittsbohrung von 40
- 42
- Öldurchtrittsbohrung
- 43
- Öldurchtrittsbohrung
- 44
- Ölsammelraum
- 45
- axial verlaufende Ölsammelnut in 4
- 46
- axial verlaufende Ölsammelnut in 4
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015110663 A1 [0008]