DE102017217492A1

DE102017217492A1 - Dreiteiliges Pleuel mit verstellbarer Pleuellänge

Info

Publication number: DE102017217492A1
Application number: DE102017217492.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Krobath; Jürgen Pichler; Martin Rath; Norbert Ausserhofer; Thomas Weberbauer
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2018-04-05
Also published as: AT519184B1; AT519184A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pleuel (100) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, eine Hubkolbenmaschine mit einem solchen Pleuel (100) sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einer Hubkolbenmaschine. Der Pleuel (100) weist auf: einen ersten Pleuelteil (1) mit wenigstens einem Element (4) eines Pleuellagers, insbesondere Pleuelauge, welches eingerichtet ist, den ersten Pleuelteil (1) mit einem Hubkolben zu verbinden; einen zweiten Pleuelteil (2) mit einem zweiseitig wirkenden Kolbenelement (5), vorzugsweise Stufenkolben; und einen dritten Pleuelteil (3) mit einem Führungszylinder (7), welcher zur Aufnahme des Kolbenelements (5) eingerichtet ist, und einem Pleuelauge (8), wobei der erste Pleuelteil (1) mit dem zweiten Pleuelteil (2) über einen Schaft (6) anhand eines Verbindungsmittels (16) zu einer Einheit verbindbar oder verbunden ist und zwischen einer dem Pleuelauge (8) zugewandten Seite (5‘) des Kolbenelements (5) und dem Boden (7‘‘‘) des Führungszylinders (7) ein erster hydraulischer Arbeitsraum (14) definiert ist und zwischen einer dem Element (4) eines Pleuellagers zugewandten Seite (5‘‘) des Kolbenelements (5) und einer Begrenzung (10) des Führungszylinders (7) ein zweiter hydraulischer Arbeitsraum (15) definiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein längenverstellbares dreiteiliges Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, eine Hubkolbenmaschine mit einem solchen Pleuel sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Hubkolbenmaschine.
Das Pleuel in einer Hubkolbenmaschine dient in der Regel der Kraftübertragung von einem Hubkolben auf eine Kurbelwelle, wobei eine lineare Bewegung des Hubkolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Auch der umgekehrte Fall ist möglich, wobei die rotatorische Bewegung der Kurbelwelle eine lineare Bewegung des Hubkolbens bewirkt.
Die in einem Zyklus, d.h. bei einer Umdrehung der Kurbelwelle, vom Hubkolben zurückgelegte Strecke ist von der Exzentrizität der Kurbelwelle im Allgemeinen fest vorgegeben. Unter Exzentrizität der Kurbelwelle wird hier der Abstand des Punktes, an dem das Pleuel an der Kurbelwelle befestigt ist, zur Rotationsachse der Kurbelwelle verstanden. Die Extrempositionen des Hubkolbens werden dagegen von der Länge des Pleuels bestimmt.
Es kann gewünscht sein, das durch eine Extremposition des Hubkolbens festgelegte Verdichtungsverhältnis in einer Hubkolbenmaschine variabel zu gestalten. Dadurch kann die Hubkolbenmaschine bei Volllast mit geringerem Verdichtungsverhältnis und bei Teillast oder während des Startvorgangs mit erhöhtem Verdichtungsverhältnis betrieben werden, so dass beispielsweise der Spitzendruck unter Vollast reduziert, der Kraftstoffverbrauch bei Teillast verringert oder der Kompressionsdruck beim Starten gesteigert werden kann.
Das Verdichtungsverhältnis kann insbesondere durch ein längenverstellbares Pleuel variiert werden. Ein verlängertes Pleuel erreicht dabei ein höheres Verdichtungsverhältnis, während ein verkürztes Pleuel das Verdichtungsverhältnis senkt.
Längenverstellbare Pleuel sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der WO 2015/055582 A2 . Der darin beschriebene Ansatz lehrt eine Pleuelstange mit einem ersten und einem zweiten Stangenteil, die teleskopartig zu- und/oder ineinander verschiebbar sind. Der erste Stangenteil bildet dabei ein Kolbenelement aus, welches in einem Führungszylinder des zweiten Stangenteils längsverschiebbar ist. Dabei spannt das Kolbenelement mit dem zweiten Stangenteil einen ersten Hochdruckraum auf, der mit Öl beschickbar ist, um die Länge der Pleuelstange zu ändern.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Pleuel für eine Hubkolbenmaschine mit verstellbarer Länge sowie eine Hubkolbenmaschine mit einem solchen Pleuel und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hubkolbenmaschine anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Pleuel gemäß Anspruch 1, eine Hubkolbenmaschine gemäß Anspruch 20 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 21 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. Die Lehre der Ansprüche wird hiermit zu einem Teil der Beschreibung gemacht.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, aufweisend: einen ersten Pleuelteil mit wenigstens einem Element eines Pleuellagers, insbesondere Pleuelauge, welches eingerichtet ist, den ersten Pleuelteil mit einem Hubkolben zu verbinden; einen zweiten Pleuelteil mit einem zweiseitig wirkenden Kolbenelement, vorzugsweise Stufenkolben; und einen dritten Pleuelteil mit einem Führungszylinder, welcher zur Aufnahme des Kolbenelements eingerichtet ist, und einem Pleuelauge. Dabei ist der erste Pleuelteil mit dem zweiten Pleuelteil über einen Schaft anhand eines Verbindungsmittels zu einer Einheit verbindbar oder verbunden. Zwischen einer dem Pleuelauge zugewandten Seite des Kolbenelements und dem Boden des Führungszylinders ist ein erster hydraulischer Arbeitsraum definiert. Zwischen einer dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite des Kolbenelements und einer Begrenzung des Führungszylinders ist zudem ein zweiter hydraulischer Arbeitsraum definiert.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit wenigstens einem Pleuel gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Hubkolbenmaschine, insbesondere mit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Die Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, die Länge eines Pleuels mit einem ersten Pleuelteil, einem zweiten Pleuelteil und einem dritten Pleuelteil anhand eines in einem Führungszylinder des dritten Pleuelteils verschiebbar gelagerten Kolbenelements variierbar zu machen, insbesondere zu steuern. Vorzugsweise ist der erste Pleuelteil dabei über einen Schaft anhand eines Verbindungsmittels mit dem zweiten Pleuelteil zu einer Einheit verbunden oder verbindbar. Insbesondere weist der erste Pleuelteil ein Element eines Pleuellagers zur Verbindung mit einem Hubkolben auf, wobei das Element über den Schaft mittels eines Verbindungsmittels mit dem Kolbenelement zu einer Einheit verbunden oder verbindbar ist.
Vorzugsweise definiert dabei eine einem Pleuelauge des dritten Pleuelteils zugewandte Seite des Kolbenelements zusammen mit dem Boden des Führungszylinders einen ersten hydraulischen Arbeitsraum, während eine dem Element eines Pleuellagers zugewandte Seite des Kolbenelements zusammen mit einer Begrenzung des Führungszylinders einen zweiten hydraulischen Arbeitsraum definiert. Dazu ist das Kolbenelement als zweiseitig wirkender Kolben, vorzugsweise als Stufenkolben, ausgebildet.
Durch die Dreiteilung des Pleuels in einen ersten Pleuelteil, einen zweiten Pleuelteil und einen dritten Pleuelteil kann der zweite hydraulische Arbeitsraum vergrößert sein oder werden, insbesondere in radialer Richtung, d.h. senkrecht zu einer Pleuel- bzw. Längsachse, insbesondere senkrecht zur einer Längsachse des Führungszylinders.
Insbesondere aufgrund der Verbindung des ersten Pleuelteils mit dem zweiten Pleuelteil über den Schaft anhand eines Verbindungsmittels zu einer Einheit wird die Montage und/oder Ausgestaltung des Kolbenelements vorteilhaft derart vereinfacht, dass der dem Kolbenelement, insbesondere der dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite des Kolbenelements, ein großer Raum zur Verfügung steht, insbesondere in radialer Richtung. Vorzugsweise kann der Schaft, insbesondere durch die Dreiteilung des Pleuels, besonders schlank, d.h. mit kleinem Durchmesser, ausgebildet sein. In anderen Worten ermöglicht die Verbindung des ersten Pleuelteils mit dem zweiten Pleuelteil über den Schaft anhand eines Verbindungsmittels zu einer Einheit einen Raum- bzw. Platzgewinn, insbesondere für das Kolbenelement, insbesondere für die dem Element eines Pleuellagers zugewandte Seite des Kolbenelements.
Dadurch kann das Flächenverhältnis der dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite des Kolbenelements zur dem Pleuelauge zugewandten Seite des Kolbenelements vorteilhaft erhöht werden, so dass bei einem im Wesentlichen gleichen Druck im ersten und zweiten hydraulischen Arbeitsraum im Wesentlichen gleiche Kräfte auf die dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite des Kolbenelements und die dem Pleuelauge zugewandte Seite des Kolbenelements wirken. Dadurch kann die Länge des Pleuels besonders effizient und zuverlässig variiert werden.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine verbesserte Längenvariation eines Pleuels. Darüber hinaus wird die Fertigung der einzelnen Pleuelteile vereinfacht, da jedes einzelne Pleuelteil vorzugsweise weniger Fertigungsschritte durchlaufen muss.
Unter „zu einer Einheit verbunden“ ist im Sinne der Erfindung eine starre, sowohl zerstörungsfrei lösbare als auch zerstörungsfrei unlösbare Verbindung mehrerer, zumindest jedoch zweier, Komponenten zu verstehen. Derart verbundene Komponenten sind insbesondere dazu eingerichtet, sich unter wirkenden Kräften wie eine einzige Komponente zu verhalten, insbesondere als Einheit eine Translation und/oder eine Rotation auszuführen. Zwei oder mehr Komponenten können in diesem Sinne insbesondere durch Verschraubung, Verschweißung, Vernietung, Verklebung, Schrumpfung, Verlötung oder andere geeignete Verbindungstechniken zu einer Einheit verbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Führungszylinder zumindest teilweise ein Führungsgewinde, insbesondere Innengewinde, auf. Vorzugsweise ist die die Begrenzung des Führungszylinders als Anschlaghülse mit einem Hülsengewinde, insbesondere Außengewinde, ausgebildet. Dabei ist das Führungsgewinde und das Hülsengewinde zur reibschlüssigen Verbindung der Anschlaghülse mit dem Führungszylinder und die Anschlaghülse vorzugsweise zur Aufnahme des Schafts eingerichtet. Insbesondere ist die Anschlaghülse dazu eingerichtet, den Führungszylinders zumindest teilweise zu verschließen, insbesondere durch ein Verschrauben der Anschlaghülse mit dem Führungszylinder. Zudem ist die Anschlaghülse bevorzugt dazu eingerichtet, den durch sie aufgenommenen Schaft bei einer Auf- und/oder Abwärtsbewegung des Schaft zu führen. Dadurch wird der Pleuel bei einer Längenänderung stabilisiert, so dass die Längenänderung insgesamt zuverlässiger wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführung werden der Führungszylinder und die Anschlaghülse durch ein alternatives Verbindungsverfahren, insbesondere ein Fügeverfahren, bevorzugt durch Schweißen, Löten oder Kleben, verbunden. Alternativ können Führungszylinders und Anschlaghülse auch durch ein mechanisches Verbindungsverfahren, insbesondere Klemmen oder Spannen, miteinander verbunden sein oder werden.
Die vorangehend beschriebenen Verbindungen oder Verbindungsverfahren von bzw. für Führungszylinder und Anschlaghülse sind insbesondere vorteilhaft, da sie platzsparend ausgeführt werden können. Durch den somit platzsparenden, zumindest teilweise Verschluss des Führungszylinders durch die Anschlaghülse kann ein großer Raum für das Kolbenelement, insbesondere für die dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite des Kolbenelements bzw. den zweiten hydraulischen Arbeitsraum, zur Verfügung gestellt werden, insbesondere in radialen Richtung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der Führungszylinder einen Kegelsitz auf und ist dazu eingerichtet, die Begrenzung des Führungszylinders bis zu dem Kegelsitz aufzunehmen. Vorzugsweise schließt eine dem Pleuelauge des dritten Pleuelteils zugewandte Seite der Begrenzung des Führungszylinders den zweiten hydraulischen Arbeitsraum an dem Kegelsitz, insbesondere auf Höhe des Kegelsitzes, ab. Dadurch wird einerseits die Montage des Pleuels erleichtert, andererseits der zweite hydraulische Arbeitsraum besonders gut abgedichtet, so dass ein Druck eines hydraulischen Arbeitsmediums im zweiten hydraulischen Arbeitsraum zuverlässig aufrechterhalten werden kann. Dadurch wird eine Längenänderung des Pleuels besonders effizient.
In einer anderen bevorzugten Ausführung weist der Führungszylinder ein Führungsgewinde bis zu dem Kegelsitz des Führungszylinders auf. Dadurch lässt sich eine Begrenzung des Führungszylinders, insbesondere eine Anschlaghülse, mit einem Hülsengewinde zuverlässig bis zu dem Kegelsitz einschrauben, so dass der Kegelsitz den zweiten hydraulischen Arbeitsraum vor dem Führungsgewinde abdichtet. Dabei kann mit der Begrenzung des Führungszylinders vorteilhaft ein hoher Druck auf den Kegelsitz ausgeübt werden, was die Dichtheit des zweiten hydraulischen Arbeitsraumes weiter erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Element eines Pleuellagers als kleines Pleuelauge ausgebildet und dazu eingerichtet, einen Kolbenbolzen zur Montage an einem Hubkolben aufzunehmen. Zudem ist das Pleuelauge des dritten Pleuelteils als ein großes Pleuelauge ausgebildet. Dadurch kann das Pleuel besonders zuverlässig an einem Hubkolben (mittels kleinem Pleuelauge) und/oder an einer Kurbelwelle (mittels großem Pleuelauge) montiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Element eines Pleuellagers als Kolbenbolzen ausgebildet, der zum Durchgreifen wenigstens einer augenförmigen Öffnung an einem Hubkolben eingerichtet ist. Vorzugsweise ist oder wird der Kolbenbolzen mit dem Schaft durch ein Fügeverfahren verbunden, insbesondere durch Verschrauben, Verschweißen oder Vernieten. Das Pleuel kann dadurch unmittelbar am Hubkolben montiert werden, wodurch Bauraum eingespart bzw. Raum für die dem Kolbenbolzen zugewandte Seite des Kolbenelements gewonnen wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind der Schaft und das Kolbenelement einstückig, insbesondere rotationssymmetrisch, und vorzugsweise aus einem Werkstück, gefertigt. Vorzugsweise sind der Schaft und das Kolbenelement aus einem Werkstück gedreht. Weiter vorzugsweise sind Schaft und Kolbenelement zu einem Stück gegossen. Dadurch wird die Montage des Pleuels wesentlich vereinfacht. Zudem wird die Dichtheit des zweiten hydraulischen Arbeitsraums sichergestellt, da hydraulisches Arbeitsmedium nicht zwischen Schaft und Kolbenelement dringen kann. Da weiterhin keine Verschraubung von Schaft und Kolbenelement notwendig ist, insbesondere kein Schraubenkopf Platz beansprucht, steht dem Kolbenelement, insbesondere der dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite des Kolbenelements, ein großer Raum zur Verfügung. Entsprechend kann der zweite hydraulische Arbeitsraum größer ausgelegt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der erste Pleuelteil ein erstes Gewinde, insbesondere Innengewinde, und der zweite Pleuelteil ein zweites Gewinde, insbesondere Außengewinde, auf, welche insbesondere zur reibschlüssigen Verbindung des Elements eines Pleuellagers mit dem Schaft eingerichtet sind. Dadurch kann der erste Pleuelteil, insbesondere das Element eines Pleuellagers, besonders einfach mit dem zweiten Pleuelteil, insbesondere dem Kolbenelement, über den Schaft zu einer Einheit verbunden, d.h. das Pleuel montiert, werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind der Schaft und das Element eines Pleuellagers einstückig und vorzugsweise aus einem Werkstück gefertigt. Vorzugsweise sind der Schaft und das Element eines Pleuellagers aus einem Werkstück gedreht. Weiter vorzugsweise sind der Schaft und das Element eines Pleuellagers zu einem Stück gegossen. Dadurch wird die Montage des Pleuels wesentlich vereinfacht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der erste Pleuelteil ein erstes Gewinde, insbesondere Außengewinde, und der zweite Pleuelteil ein zweites Gewinde, insbesondere Innengewinde, auf, welche insbesondere zur reibschlüssigen Verbindung des Kolbenelements mit dem Schaft eingerichtet sind. Dadurch ist es besonders einfach, der erste Pleuelteil und der zweite Pleuelteil über den Schaft zu einer Einheit zu verbinden. Insbesondere kann dadurch der Schaft über ein Gewindepaar mit dem Kolbenelement verbunden bzw. verschraubt werden, wodurch Bauraum, insbesondere gegenüber einer Verschraubung mit einer Schraube, gewonnen wird. Dadurch kann insbesondere der zweite hydraulische Arbeitsraum größer ausgelegt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Kolbenelement eine erste Dichtung, insbesondere Dichtungsring, an der dem Pleuelauge zugewandten Seite und eine zweite Dichtung, insbesondere Dichtungsring, an der dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite auf. Die erste und zweite Dichtung sind vorzugsweise dazu eingerichtet, die Dichtheit des ersten bzw. zweiten hydraulischen Arbeitsraums zu erhöhen. Dadurch kann in dem ersten bzw. dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum der Druck eines hydraulischen Arbeitsmediums zuverlässig erhöht und damit die Gesamtlänge des Pleuels zuverlässig variiert, insbesondere gesteuert, werden. Eine solche zuverlässige Abdichtung bewirkt zudem eine Effizienzsteigerung bei einer Längenänderung des Pleuels mit einem vergrößerten zweiten hydraulischen Arbeitsraum, da die aufgrund der gewonnenen Fläche zusätzlich wirkende Kraft nicht durch Leckage verringert wird.
Vorzugsweise sitzen die erste und zweite Dichtung passgenau und/oder unverspannt zwischen Kolbenelement und Führungszylinder, so dass sie bei einer Auf- bzw. Abwärtsbewegung des Kolbenelements im Führungszylinder bei einer Längenänderung des Pleuels über die Wand des Führungszylinders gleiten. Dadurch wird der Verschleiß der Dichtungen verringert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die erste und zweite Dichtung jeweils in einer Ausnehmung des Kolbenelements auf der dem Führungszylinder zugewandten Mantelfläche des Kolbenelements eingerichtet. Dadurch können die erste und zweite Dichtung besonders passgenau zwischen Kolbenelement und Führungszylinder angeordnet werden, so dass der Verschleiß der ersten und zweiten Dichtung verringert und ein Lösen, insbesondere ein Abrutschen, der ersten und zweiten Dichtung vom Kolbenelement durch eine Auf- bzw. Abwärtsbewegung des Kolbenelements im Führungszylinders bei einer Längenänderung des Pleuels vermieden wird. Somit wird die Dichtheit des ersten und zweiten hydraulischen Arbeitsraums zuverlässig gewährleistet und die Effizienz bei einer Längenänderung des Pleuels erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Kolbenelement wenigstens eine innere Entlastungsbohrung und/oder der dritte Pleuelteil wenigstens eine äußere Entlastungsbohrung auf. Die innere Entlastungsbohrung und/oder die äußere Entlastungsbohrung ist zwischen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung angeordnet. Vorzugsweise verlaufen die innere Entlastungsbohrung und/oder die äußere Entlastungsbohrung radial, d.h. senkrecht zur Pleuelachse. Weiter vorzugsweise ist die innere Entlastungsbohrung und/oder die äußere Entlastungsbohrung dazu eingerichtet, zwischen der ersten und zweiten Dichtung auftretenden Druck, insbesondere eines hydraulischen Arbeitsmediums, zu mindern, insbesondere aus dem ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraum ausgetretenes hydraulisches Arbeitsmedium, insbesondere Öl, abzuleiten. Dadurch wird die Lebensdauer der ersten und zweiten Dichtung vorteilhaft erhöht und dadurch der Betrieb des erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuels noch zuverlässiger.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Kolbenelement und/oder der Schaft eine, insbesondere axiale, d.h. entlang der Pleuelachse verlaufende, zentrale Entlastungsbohrung auf, welche bevorzugt in Richtung des, insbesondere großen, Pleuelauges in der inneren Entlastungsbohrung mündet. Vorzugsweise bilden die innere Entlastungsbohrung und die zentrale Entlastungsbohrung einer Einheit. Dadurch kann über die innere Entlastungsbohrung abgeleitetes hydraulisches Arbeitsmedium durch die zentrale Entlastungsbohrung entlang des Schafts in Richtung des Elements eines Pleuellagers (ab)geführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Kolbenelement ein erstes Stützelement, insbesondere Stützring, welches die erste Dichtung stützt, und ein zweites Stützelement, insbesondere Stützring, welches die zweite Dichtung stützt, auf. Der erste hydraulische Arbeitsraum ist dabei zumindest teilweise zwischen dem ersten Stützelement und dem Boden des Führungszylinders und der zweite hydraulische Arbeitsraum zumindest teilweise zwischen dem zweiten Stützelement und der Begrenzung des Führungszylinders definiert. Vorzugsweise sind das erste und/oder zweite Stützelement dazu eingerichtet, auch bei hochfrequenten und/oder plötzlichen Bewegungen bzw. Beschleunigungen des Kolbenelements ein Verrutschen, insbesondere Abrutschen, der ersten und/oder zweiten Dichtung, insbesondere vom Kolbenelement oder aus Ausnehmungen am Kolbenelement, zu verhindern. Weiter vorzugsweise sind das erste und/oder zweite Stützelement aus einem steifen bzw. starren Material gefertigt, welches unter, insbesondere im ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraum herrschenden, insbesondere hohem, Druck formstabil bleibt. Dadurch führt eine Steuerung des Drucks eines hydraulischen Arbeitsmediums im ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraum zuverlässig zu einer Längenänderung des Pleuels. In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die Begrenzung des Führungszylinders eine dritte Dichtung, insbesondere Dichtungsring, an einer dem Pleuelauge zugewandten Seite auf. Vorzugsweise ist die dritte Dichtung zwischen der Begrenzung des Führungszylinders und dem Schaft, insbesondere auf der Innenseite einer Mantelfläche der Begrenzung des Führungszylinders, insbesondere auf der Innenseite einer Anschlaghülse, angeordnet. Weiter vorzugsweise ist in der dem Pleuelauge zugewandten Seite der Begrenzung des Führungszylinders eine Ausnehmung angeordnet, in welcher die dritte Dichtung bevorzugt passgenau einliegt. Dadurch kann insbesondere eine Leckage von hydraulischem Arbeitsmedium aus dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum entlang des Schafts vermieden werden, wodurch die Effizienz bei einer Längenänderung des Pleuels erhöht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die Begrenzung des Führungszylinders ein drittes Stützelement, insbesondere Stützring, welches die dritte Dichtung stützt, auf. Der zweite hydraulische Arbeitsraum ist dabei zumindest teilweise zwischen dem dritten Stützelement und einer dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite des Kolbenelements definiert. Vorzugsweise ist das dritte Stützelement dazu eingerichtet, ein Abrutschen, insbesondere Herausrutschen, der dritten Dichtung, insbesondere von der Begrenzung des Führungszylinders oder aus einer Ausnehmung in der Begrenzung des Führungszylinders, zu verhindern. Weiter vorzugsweise ist das dritte Stützelement aus einem steifen bzw. starren Material gefertigt, welches unter, insbesondere im zweiten hydraulischen Arbeitsraum herrschenden, insbesondere hohem, Druck formstabil bleibt. Dadurch führt eine Steuerung des Drucks eines hydraulischen Arbeitsmediums in dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum zuverlässig zu einer Längenänderung des Pleuels
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der dritte Pleuelteil ein Positionierungselement auf, das exzentrisch bezüglich der Pleuelachse angeordnet ist und von einer Positionierungselementausnehmung derart aufgenommen werden kann, dass die durch die Öffnung des Pleuelauges definierte Fläche senkrecht auf einer Verkippungsachse eines Pleuellagers zur Verbindung des Pleuels mit einem Hubkolben steht. Vorzugsweise ist das Positionierungselement als Stift oder Zapfen, insbesondere in der Form eines an den Kanten abgerundeten Zylinders oder Kegels bzw. Kegelstumpfs, ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist die Positionierungselementausnehmung als Sackloch ausgebildet, in die das Positionierungselement eingreifen kann. Durch das Positionierungselement in Kommunikation mit der Positionierungselementausnehmung wird eine einfache und trotzdem präzise Montage des Pleuels gewährleistet. Dabei wird eine korrekte, insbesondere für die Verbindung einer Kurbelwelle mit einem Hubkolben durch den Pleuel notwendige, Ausrichtung des Pleuelauges des dritten Pleuelteils mit dem Element eines Pleuellagers, insbesondere eines kleinen Pleuelauges oder einem Kolbenbolzen, sichergestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Positionierungselement am Boden des Führungszylinders und die Positionierungselementausnehmung auf der dem Pleuelauge zugewandten Seite des Kolbenelements angeordnet. Vorzugsweise weist das Positionierungselement eine Länge auf, die größer als die maximale Variation der Länge des Pleuels ist, so dass das Positionierungselement auch bei maximaler Verlängerung des Pleuels nicht aus der Positionierungselementausnehmung herausrutschen kann. Dadurch kann eine Ausrichtung des Pleuelauges mit einer Verkippungsachse eines Pleuellagers zuverlässig gewährleistet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Positionierungselement auf einer dem Element eines Pleuellagers zugewandten Seite des dritten Pleuelteils, insbesondere benachbart der Begrenzung des Führungszylinders, insbesondere Anschlaghülse, und die Positionierungselementausnehmung an einer dem Pleuelauge zugewandten Seite des Elements des Pleuellagers angeordnet. Vorzugsweise weist das Positionierungselement eine Länge auf, die größer als die maximale Variation der Länge des Pleuels ist, so dass das Positionierungselement auch bei maximaler Verlängerung des Pleuels nicht aus der Positionierungselementausnehmung herausrutschen kann. Dadurch kann eine Ausrichtung des Pleuelauges mit einer Verkippungsachse eines Pleuellagers zuverlässig gewährleistet werden.
Die im Vorhergehenden ausgeführten Merkmale und Vorteile in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung gelten auch für den zweiten und dritten Aspekt der Erfindung entsprechend.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren, in Form von Unterkombinationen bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwirklicht sein können und eine vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführung darstellen können, für die ebenfalls Schutz beansprucht wird, sofern sie technisch sinnvoll ist.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen wenigstens teilweise schematisch:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels in zwei Querschnitten aus zwei Blickwinkeln;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels in einem Querschnitt;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels in einem Querschnitt und einer perspektivischen Darstellung;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels in einem Querschnitt;
5 vier Ausführungsbeispiele einer Anordnung einer Dichtung und eines Stützelements an einer Begrenzung eines Führungszylinders;
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels in einer perspektivischen Darstellung; und
7 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels in einem Querschnitt.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 100 mit einem ersten Pleuelteil 1, einem zweiten Pleuelteil 2 und einem dritten Pleuelteil 3 in zwei Querschnitten aus zwei senkrecht aufeinander stehenden Blickwinkeln. Der rechts dargestellte Querschnitt eines Pleuels 100 ist ein Schnitt senkrecht zur Bildebene durch eine Pleuelachse 9 des links dargestellten Querschnitts des gleichen Pleuels 100.
Der erste Pleuelteil 1 weist ein Element 4 eines Pleuellagers zur Verbindung des Pleuels 100 mit einem Hubkolben (nicht dargestellt) auf, welches hier als kleines Pleuelauge ausgebildet ist. Der zweite Pleuelteil 2 weist ein, bevorzugt bezüglich der Pleuelachse 9 rotationssymmetrisches, Kolbenelement 5 auf, welches in einen, bevorzugt im Wesentlichen zylinderförmigen, Schaft 6 übergeht, insbesondere einstückig mit diesem gefertigt ist. Das Kolbenelement 5 ist oder wird von einem Führungszylinder 7 des dritten Pleuelteils 3 aufgenommen, welcher ein Pleuelauge 8, hier als großes Pleuelauge ausgebildet, zur Verbindung des Pleuels 100 mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) aufweist.
Der erste Pleuelteil 1 ist oder wird durch ein Verbindungmittel 16 mit dem zweiten Pleuelteil 2 zu einer Einheit verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Element 4 diesbezüglich ein Sackloch mit einem ersten Gewinde 17 (Innengewinde) auf. Der Schaft 6 ist oder wird von dem Sackloch mit dem ersten Gewinde 17 aufgenommen und weist insbesondere in einem Bereich, der vom Sackloch mit dem ersten Gewinde 17 aufgenommen wird, ein zweites Gewinde 18 (Außengewinde) auf, welches mit dem ersten Gewinde 17 kommuniziert. Dadurch kann das Element 4 leicht und platzsparend, nämlich durch Verschrauben, mit dem Kolbenelement 5 über den Schaft 6 zu einer Einheit verbunden werden. Somit bewirkt eine Verschiebung (Translation) des Kolbenelements 5 im Führungszylinder 7 auch eine entsprechende Verschiebung (Translation) des Elements 4, wodurch die Länge des Pleuels 100 zuverlässig geändert werden kann.
Der Führungszylinder 7 ist als Sackloch ausgebildet und erstreckt sich entlang der Pleuelachse 9. Die Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 weist eine Fase 7‘‘ auf und wird durch eine Begrenzung 10 des Führungszylinders 7 zumindest teilweise verschlossen. Die Begrenzung 10 des Führungszylinders 7 kann nahezu vollständig in den Führungszylinder 7 eingeführt werden und schließt die Öffnung 7‘ durch eine Schräge, welche passgenau auf der Fase 7‘‘ aufliegt, ab. Die Begrenzung 10 des Führungszylinders 7 ist als Anschlaghülse ausgebildet und dazu eingerichtet, den Schaft 6 wie dargestellt zentral aufzunehmen. Vorzugsweise weist der Führungszylinder 7 in einem oberen Bereich, d.h. nahe seiner Öffnung 7‘, ein Führungsgewinde 11 (Innengewinde) auf, welches dazu ausgebildet ist, mit einem Hülsengewinde 12 (Außengewinde) der Anschlaghülse zu kommunizieren. Insbesondere kann die Anschlaghülse mit einem entsprechenden Werkzeug, welches in Ausnehmungen 13 an der außerhalb des Führungszylinders 7 liegenden Seite der Anschlaghülse, insbesondere über der Schräge, welche auf der Fase 7‘‘ aufliegt, eingreift, anhand der Gewinde 11, 12 leicht in die Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 hineingeschraubt werden.
Das Kolbenelement 5 kann sich im Führungszylinder 7 entlang der Pleuelachse 9 auf und ab bewegen. Das Volumen, welches von dem Boden 7‘‘‘ des Führungszylinders 7 und der dem Pleuelauge 8 des dritten Pleuelteils 3 zugewandten Seite 5‘ des Kolbenelements 5 aufgespannt wird, wird als erster hydraulischer Arbeitsraum 14 bezeichnet. Entsprechend wird das Volumen, welches von der Unterseite 10‘ der Begrenzung 10 des Führungszylinders 7 und der dem Element 4 zugewandten Seite 5‘‘ des Kolbenelements 5 aufgespannt wird, als zweiter hydraulischer Arbeitsraum 15 bezeichnet. Durch Beschickung des ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraums 14, 15 mit einer im Wesentlichen inkompressiblen Flüssigkeit, insbesondere Öl, kann anhand der Wahl des Drucks im ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraum 14, 15 eine Kraft auf die dem Pleuelauge 8 zugewandte Seite 5‘ und/oder auf die dem Element 4 zugewandte Seite 5‘‘ des Kolbenelements 5 derart ausgeübt werden, dass das Kolbenelement 5 und mit ihm auch der Schaft 6 entlang der Pleuelachse 9 bewegt wird. Entsprechend der weiter oben beschriebenen Verbindung des Elements 4 mit dem Schaft 6 ändert die Bewegung des Kolbenelements 5 damit auch die Gesamtlänge des Pleuels 100.
Insbesondere um die Effizienz bei der Änderung der Länge des Pleuels 100 zu erhöhen, sind an der dem Pleuelauge 8 zugewandten Seite 5‘ des Kolbenelements 5 eine als Dichtring ausgebildete erste Dichtung 19 und an der dem Element 4 zugewandten Seite 5‘‘ des Kolbenelements 5 eine als Dichtring ausgebildete zweite Dichtung 19‘ angeordnet. Die erste und zweite Dichtung 19, 19‘ sind vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Leckage von hydraulischem Arbeitsmedium aus dem ersten bzw. zweiten hydraulischen Arbeitsraum 14, 15, insbesondere entlang einer dem Führungszylinders 7 zugewandten Mantelfläche des Kolbenelements 5, insbesondere von dem ersten in den zweiten bzw. von dem zweiten in den ersten hydraulischen Arbeitsraum 14, 15, zu verhindern. Dazu weist das Kolbenelement 5 auf der dem Führungszylinder 7 zugewandten Mantelfläche des Kolbenelements 5 angeordnete Ausnehmungen auf, welche die erste und zweite Dichtung 19, 19‘ passgenau aufnehmen. Die erste Dichtung 19 wird durch ein als Stützring ausgebildetes erstes Stützelement 20 und die zweite Dichtung 19‘ durch ein als Stützring ausgebildetes zweites Stützelement 20‘ gestützt und dadurch bei einer Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbenelements 5 im Führungszylinder 7 an einem Abrutschen vom Kolbenelement 5, insbesondere an einem Herausrutschen aus den Ausnehmungen des Kolbenelements 5, gehindert. Wie dargestellt begrenzen das erste und zweite Stützelement 20, 20‘ den ersten bzw. zweiten hydraulischen Arbeitsraum 14, 15 zumindest teilweise, so dass ein im ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraum 14, 15 herrschender Druck eine Kraft auf das erste und/oder zweite Stützelement 20, 20‘ bewirkt, welche im Wesentlichen verlustfrei auf das Kolbenelement 5 übertragen wird.
In der dargestellten Ausführung weist die Begrenzung 10 des Führungszylinders 7 eine als Dichtungsring ausgebildete dritte Dichtung 19“ auf, welche vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Leckage von hydraulischem Arbeitsmedium aus dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 entlang des, insbesondere von der Begrenzung 10 aufgenommenen Schafts 6, zu verhindern. Die dritte Dichtung 19“ wird von einem dritten als Stützring ausgebildeten Stützelement 20‘‘ gestützt, und insbesondere bei einer Auf- und Abwärtsbewegung des Schafts 6 an einem Verrutschen oder Herausrutschen aus einer Ausnehmung der Begrenzung 10, in welcher die dritte Dichtung 19‘‘ vorzugsweise angeordnet ist, gehindert. Wie dargestellt begrenzt das dritte Stützelement 20‘‘ den zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 zumindest teilweise.
Wie in dem auf der rechten Seite dargestellten Schnitt durch das Pleuel 100 zu erkennen, ist an dem Boden des Führungszylinders 7 ein als Stift ausgebildetes Positionierungselement 21 angeordnet, welches in eine Positionierungselementausnehmung 21‘ im Kolbenelement 5 eingreift. Das Positionierungselement 21 und die Positionierungselementausnehmung 21‘ sind derart exzentrisch, d.h. versetzt, bezüglich der Pleuelachse 9 angeordnet, dass das Kolbenelement 5, der mit diesem bevorzugt stoffschlüssig verbundene Schaft 6 und das mit dem Schaft 6 bevorzugt reibschlüssig zu einer Einheit verbundene Element 4 bei Eingriff des Positionierungselements 21 in die Positionierungselementausnehmung 21‘ trotz der Rotationssymmetrie von Kolbenelement 5 und Schaft 6 nicht mehr um die Pleuelachse 9 rotieren kann. Dadurch wird die insbesondere im auf der linken Seite dargestellten Schnitt der 1 gezeigte Ausrichtung von Pleuelauge 8 und Element 4, insbesondere von großem Pleuelauge und kleinem Pleuelauge, zuverlässig gewährleistet und die Montage des Pleuels 100 maßgeblich vereinfacht.
2 zeigt einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pleuels 100. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierbei das Element 4 eines Pleuellagers mit dem Schaft 6 einstückig gefertigt.
In 2 ist der Pleuel 100 mit seiner maximalen Länge L_max dargestellt. Dabei ist das Kolbenelement 5 maximal entlang der Pleuelachse 9 verfahren, so dass die dem Element 4 zugewandte Seite 5‘‘ des Kolbenelements 5 auf der dem Pleuelauge 8 zugewandten Seite 10‘ der Begrenzung 10 des Führungszylinders 7 aufliegt. Entsprechend hat der erste hydraulische Arbeitsraum 14 sein maximales Volumen erreicht, während der zweite hydraulische Arbeitsraum 15 nicht mehr sichtbar ist.
Der bevorzugt im Wesentlichen zylinderförmige Schaft 6 weist an einem dem, insbesondere großen, Pleuelauge 8 zugewandten Ende ein erstes Gewinde 17 (Außengewinde) auf. Dieses kommuniziert mit einem zweiten Gewinde 18 (Innengewinde) des bevorzugt bezüglich der Pleuelachse 9 rotationssymmetrischen Kolbenelements 5, welches eine zentrale Bohrung entlang der Pleuelachse 9 aufweist. Die zentrale Bohrung ist dazu eingerichtet, den Schaft 6 aufzunehmen. Die zentrale Bohrung ist vorzugsweise durchgängig ausgeführt, so dass der Schaft 6 das Kolbenelement 5 durchgreifen kann. Alternativ kann die zentrale Bohrung aber auch als Sackloch (nicht dargestellt) ausgeführt sein. In jedem Fall weist die zentrale Bohrung das zweite Gewinde 18 (Innengewinde) auf, so dass der Schaft 6 einfach in das Kolbenelement 5 hineingeschraubt und dadurch mit diesem zu einer Einheit verbunden werden kann. Die Montage des Pleuels 100 ist dadurch besonders einfach, wobei das Verbindungsmittel 16, insbesondere das Gewindepaar aus erstem und zweitem Gewinde 17, 18, anhand dessen der erste Pleuelteil 1 und der zweite Pleuelteil 2 zu einer Einheit verbunden oder verbindbar sind, besonders platzsparend ausgeführt ist. Dadurch kann der zweite hydraulische Arbeitsraum 15, insbesondere in radialer Richtung, besonders groß ausgelegt sein oder werden.
Für die weiteren Merkmale und Vorteile des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels gelten die bezüglich 1 gemachten Ausführungen.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 100 in einem Querschnitt (linke Seite der Figur) und in einer perspektivischen Darstellung (rechte Seite der Figur). Analog zu der in 1 gezeigten Ausführung sind das Kolbenelement 5 und der Schaft 6 einstückig gefertigt und anhand eines Gewindepaars aus dem ersten und zweiten Gewinde 17, 18 mit dem Element 4 eines Pleuellagers zu einer Einheit verbunden.
In 3 ist der Pleuel 100 mit seiner minimalen Länge L_min dargestellt. Dabei ist das Kolbenelement 5 nicht entlang der Pleuelachse 9 verfahren, so dass die dem Pleuelauge 8 des dritten Pleuelteils 3 zugewandte Seite 5‘ des Kolbenelements 5 auf dem Boden 7‘ des Führungszylinders 7‘‘‘ aufliegt. Entsprechend hat der zweite hydraulische Arbeitsraum 15 sein maximales Volumen erreicht, während der erste hydraulische Arbeitsraum 14 nicht mehr sichtbar ist.
Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführung schließt die dem Pleuelauge 8 des dritten Pleuelteils 3 zugewandte Seite 4‘ des Elements 4 eines Pleuellagers mit der Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 bei minimaler Länge L_min des Pleuels 100 ab. Entsprechend ist die Begrenzung 10 des Führungszylinders 7, insbesondere eine Anschlaghülse, vollständig im Führungszylinder 7 von diesem aufgenommen. Somit weist die Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 auch keine Fase und die Begrenzung 10 auch keine entsprechende Schräge auf.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 13 an der der Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 zugewandten Seite der Begrenzung 10 entsprechend einer Sechskantschraube ausgebildet, so dass die Begrenzung 10 anhand des Gewindepaares aus Führungsgewinde 11 und Hülsengewinde 12 unter Verwendung eines Sechskantschlüssels in den Führungszylinder 7 eingeschraubt werden kann.
Zudem ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Positionierungselement 21 an einer dem Element 4 zugewandten Seite des dritten Pleuelteils 3, insbesondere benachbart der Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7, angeordnet. Der dritte Pleuelteil 3 weist dazu im Bereich der Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 eine Ausbuchtung 22 auf, welche das Positionierungselement 21 trägt. Die Positionierungselementausnehmung 21‘ ist als Ausnehmung im ersten Pleuelteil 1, insbesondere im Element 4 eines Pleuellagers, ausgebildet und umschließt das Positionierungselement 21 zumindest teilweise. Dies ist besonders gut in der rechten Seite der 3 in der perspektivischen Darstellung des Pleuels 100 zu erkennen.
Alternativ kann die Positionierungselementausnehmung 21‘ auch als Bohrung im ersten Pleuelteil 1, insbesondere im Element 4, ausgebildet sein, in die das Positionierungselement 21 ein- und/oder durchgreifen kann (nicht dargestellt).
Für die weiteren Merkmale und Vorteile des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels gelten die bezüglich 1 gemachten Ausführungen.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 100 in einem Querschnitt. Hierbei ist die Begrenzung 10 des Führungszylinders 7, insbesondere die Anschlagshülse, derart ausgebildet, das auch bei einem vollständigen Einschrauben anhand eines Gewindepaars aus Führungsgewinde 11 und Hülsengewinde 12 in den Führungszylinder 7 ein Bereich der Begrenzung 10, insbesondere Ausnehmungen 13 in Form einer Sechskantschraube analog zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, aus der Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 herausragt. Entsprechend weist der erste Pleuelteil 1, insbesondere das Element 4 eines Pleuellagers, eine Elementausnehmung 23 auf, welch dazu eingerichtet ist, den aus der Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 herausragenden Bereich der Begrenzung 10 aufzunehmen, insbesondere zumindest teilweise zu umschließen.
Das Positionierungselement 21 und die Positionierungselementausnehmung 21‘ sowie die Ausbuchtung 22 sind analog zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet und angeordnet.
Für die weiteren Merkmale und Vorteile des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels gelten die bezüglich 1 gemachten Ausführungen.
5 zeigt vier Ausführungsbeispiele einer Anordnung einer dritten Dichtung 19‘‘ und eines dritten Stützelements 20‘‘ an einer Begrenzung 10 eines Führungszylinders 7. Die Begrenzung 10 ist oder wird in die Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 eingeführt, insbesondere mittels eines Gewindepaares aus Führungsgewinde 11 und Hülsengewinde 12 eingeschraubt. Die einem Element 4 eines Pleuellagers abgewandte Seite 10‘ der Begrenzung 10 oder zumindest ein Teil der Begrenzung 10 schlägt dabei vorzugsweise an einen Zylindersitz 27 des Führungszylinders 7 an. Der Zylindersitz 27 ist insbesondere als Kegelstumpf ausgebildet und unterhalb des Führungsgewindes 11 angeordnet und bewirkt vorzugsweise eine Verjüngung des Führungszylinders 7 unterhalb des Führungsgewindes 11 bzw. oberhalb des zweiten hydraulischen Arbeitsraumes 15 derart, dass die Begrenzung 10 nicht weiter in den Führungszylinder 7 eingeführt, insbesondere eingeschraubt, werden kann.
In den in 5A bis 5C dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Begrenzung 10 des Führungszylinders 7, insbesondere Anschlaghülse, eine Dichtungsausnehmung 24 auf der dem Element 4 eines Pleuellagers abgewandten Seite 10‘ auf. Die Dichtungsausnehmung 24 ist dazu eingerichtet, die dritte Dichtung 19“ aufzunehmen, und insbesondere derart angeordnet, dass die aufgenommene dritte Dichtung 19‘‘ zwischen dem von der Begrenzung 10 aufgenommenen Schaft 6 und der Begrenzung 10 liegt, so dass die dritte Dichtung 19“ den zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 gegen Leckage eines hydraulischen Arbeitsmediums insbesondere entlang des Schafts 6 abdichtet. Das dritte Stützelement 20‘‘ bildet dabei mit der Begrenzung 10, insbesondere mit der Dichtungsausnehmung 24, eine Nut, in der die dritte Dichtung 19‘‘ angeordnet ist. Der Druck eines hydraulischen Arbeitsmediums im zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 drückt das dritte Stützelement 20“ bei dieser Anordnung auf die dritte Dichtung 19‘‘ und verhindert damit ein Verrutschen der dritten Dichtung 19‘‘, insbesondere ein Herausrutschen aus der Dichtungsausnehmung 24.
Im in 5A dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dichtungsausnehmung 24 dazu eingerichtet, neben der dritten Dichtung 19‘‘ auch das dritte Stützelement 20“ aufzunehmen. Insbesondere ist das dritte Stützelement 20‘‘ derart angeordnet, dass es die Dichtungsausnehmung 24 zum zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 hin verschließt und bündig mit der dem Element 4 abgewandten Seite 10‘ der Begrenzung 10 abschließt. Durch das Einschrauben der Begrenzung 10 in den Führungszylinder 7 bis zu dem Zylindersitz 27 wird ein Druck auf den Zylindersitz 27, insbesondere auf seine der Begrenzung 10 zugewandten Mantelfläche, ausgeübt, wodurch das Gewindepaar aus Führungsgewinde 11 und Hülsengewinde 12 zuverlässig gegen den zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 abgedichtet wird. Durch diese Anordnung wird ein Verpressen des dritten Stützelements 20‘‘ beim Einschrauben der Begrenzung 10 in den Führungszylinder 7 zwischen Zylindersitz 27 und Begrenzung 10 vermieden. Stattdessen drückt ein unter Druck stehendes hydraulisches Arbeitsmedium im zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 das dritte Stützelement 20“ auf die dritte Dichtung 19“ und verhindert dadurch ein Herausrutschen der dritten Dichtung 19‘‘ aus der Dichtungsausnehmung 24.
In den in 5B bis 5D dargestellten Ausführungsbeispielen ist der zweite hydraulische Arbeitsraum 15 nach oben, d.h. in Richtung Element 4 bzw. in Richtung Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7, durch das dritte Stützelement 20“ begrenzt. Insbesondere liegt das dritte Stützelement 20“ dabei auf dem Zylindersitz 27 auf bzw. schlägt an diesen an. Vorzugsweise wird das dritte Stützelement 20“ beim bzw. durch das Einschrauben der Begrenzung 10 in die Öffnung 7‘ des Führungszylinders 7 zwischen einer dem Element 4 abgewandten Seite 10‘ der Begrenzung 10 und dem Zylindersitz 27 fixiert, insbesondere verpresst. Dadurch dichtet das dritte Stützelement 20“ den zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 ab, insbesondere gegenüber dem Gewindepaar aus Führungsgewinde 11 und Hülsengewinde 12, und verhindert gleichzeitig ein Herausrutschen der dritten Dichtung 19“ aus der Dichtungsausnehmung 24.
Im in 5B dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Dichtungselement 28 an der dem Element 4 abgewandten Seite 10‘ der Begrenzung 10 angeordnet. Das Dichtungselement 28 ist insbesondere derart angeordnet und eingerichtet, dass es das Gewindepaar aus Führungsgewinde 11 und Hülsengewinde 12 gegenüber dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 abdichtet. DBevorzugt weist das dritte Stützelement 20“ eine Ausnehmung auf einer dem Führungszylinder 7 zugewandten Mantelfläche auf, so dass zwischen der dem Element 4 abgewandten Seite 10‘ der Begrenzung 10 und dem dritten Stützelement 20“ einen Nut gebildet wird, in der das Dichtungselement 28 angeordnet ist. Das dritte Stützelement 20“ ist bevorzugt dazu eingerichtet, das Dichtungselement 28 unter dem Druck eines hydraulischen Arbeitsmediums im zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 zu fixieren, so dass das Gewindepaar aus Führungsgewinde 11 und Hülsengewinde 12 besonders zuverlässig abgedichtet wird.
Im in 5C dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Begrenzung 10 an der dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 zugewandten Seite eine Begrenzungsschräge 25, insbesondere eine Fase, auf, wobei das dritte Stützelement 20“ dazu eingerichtet, insbesondere derart geformt, ist, sowohl auf der Begrenzungsschräge 25 als auch der dritten Dichtung 19‘‘ aufzusetzen, insbesondere bündig mit der dritten Dichtung 19‘‘ und der Begrenzungsschräge 25 abzuschließen. Vorzugsweise wird das Hülsengewinde 12 der Begrenzung 10 zum zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 hin durch die Begrenzungsschräge 25 begrenzt. Durch die Ausbildung einer Begrenzungsschräge 25 an der Begrenzung 10 wird der Sitz des dritten Stützelements 20‘‘ auf der dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum 10 zugewandten Seite 10‘ der Begrenzung 10 zuverlässiger. Insbesondere wird dadurch ein Verrutschen des dritten Stützelements 20‘‘ verhindert.
Im in 5D dargestellten Ausführungsbeispiel weist das dritte Stützelement 20‘‘ eine Stützelementausnehmung 26 auf, die dazu eingerichtet ist, die dritte Dichtung 19“ aufzunehmen. Insbesondere ist das dritte Stützelement 20“ derart ausgebildet, insbesondere geformt, dass es zusammen mit der dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum 15 zugewandten Seite 10‘ der Begrenzung 10 eine Nut bildet, in der die dritte Dichtung 19“ angeordnet ist.
6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 100 in einer perspektivischen Darstellung. Hierbei ist das Element 4 eines Pleuellagers als Kolbenbolzen ausgebildet. Vorzugsweise ist der Kolbenbolzen dazu eingerichtet, in wenigstens eine augenförmige Öffnung eines Hubkolbens einzugreifen und mit dem Kolbenelement mittels eines Verbindungsmittels zu einer Einheit verbunden zu werden oder sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Kolbenbolzen eine Bohrung 29, insbesondere Stufenbohrung, auf, durch die der Kolbenbolzen mittels einer Schraube mit dem Schaft 6 verbunden werden kann. Dabei liegt ein Kopf der Schraube auf einer Stufe der Stufenbohrung auf und presst den Kolbenbolzen bei Anziehen der Schraube auf den Schaft 6. Vorzugsweise weist der Schaft 6 dazu ein Sackloch entlang der Pleuelachse (siehe 1–5) mit einem Gewinde auf, in welches die Schraube eingreifen kann. Alternativ oder zusätzlich ist die Bohrung 29 dazu eingerichtet, den Schaft 6 zumindest teilweise aufzunehmen. In diesem Fall kann die Bohrung 29 auch als Sackloch ausgebildet sein und weist ein erstes Gewinde (Innengewinde) auf, welches mit einem zweiten Gewinde (Außengewinde) des Schafts 6 an einem Kolbenbolzen zugewandten Ende des Schafts 6 kommuniziert (nicht dargestellt).
Alternativ kann der Kolbenbolzen auch einstückig mit dem Schaft 6 gefertigt sein oder werden (nicht dargestellt).
7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 100 in einem Querschnitt. Das Kolbenelement 7 weist dabei eine, insbesondere radial, d.h. senkrecht zur Pleuelachse 9 verlaufende, Entlastungsbohrung 30 auf, welche vorzugsweise zwischen der ersten Dichtung 19 und der zweiten Dichtung 19‘ angeordnet ist. Die innere Entlastungsbohrung 30 ist dazu eingerichtet, eine Flüssigkeit, insbesondere hydraulisches Arbeitsmedium, aus dem Bereich zwischen der ersten Dichtung 19 und der zweiten Dichtung 19‘ abzuleiten und damit einen Druck zwischen der ersten Dichtung 19 und der zweiten Dichtung 19‘ zu mindern. Dadurch kann die Lebensdauer der ersten und zweiten Dichtung 19, 19‘ vorteilhaft erhöht werden.
Zudem weist das Kolbenelement 7 und/oder der Schaft 6 eine zentrale Entlastungsbohrung 31 auf, die axial, d.h. entlang der Pleuelachse 9, durch das Kolbenelement 7 und/oder den Schaft 6 verläuft. In Richtung des, insbesondere großen, Pleuelauges 8 mündet die zentrale Entlastungsbohrung 31 in die innere Entlastungsbohrung 30, so dass abgeleitetes hydraulisches Arbeitsmedium durch die zentrale Entlastungsbohrung 31 in Richtung des Elements 4 eines Pleuellagers abgeleitet werden kann.
Alternativ oder zusätzlich weist der dritte Pleuelteil 3 wie beispielhaft dargestellt eine, insbesondere radial verlaufende, äußere Entlastungsbohrung 30‘ auf. Die äußere Entlastungsbohrung 30‘ ist ebenfalls zwischen der ersten und zweiten Dichtung 19, 19‘ angeordnet und dazu eingerichtet, zumindest einen Teil eines hydraulisches Arbeitsmediums, welches aus dem ersten hydraulischen Arbeitsraum 14 und/oder dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum (aufgrund der Stellung des Kolbenelements 7 nicht sichtbar) ausgetreten ist, abzuleiten, so dass der Druck zwischen der ersten und zweiten Dichtung 19, 19‘ gemindert wird.
Bezugszeichenliste

1: erster Pleuelteil
2: zweiter Pleuelteil
3: dritter Pleuelteil
4: Element eines Pleuellagers
5: Kolbenelement
5‘, 5‘‘: Seiten des Kolbenelements
6: Schaft
7: Führungszylinder
7‘: Öffnung des Führungszylinders
7‘‘: Fase am Rand des Führungszylinders
8: Pleuelauge
9: Pleuelachse
10: Begrenzung des Führungszylinders
11: Führungsgewinde
12: Hülsengewinde
13: Ausnehmung
14: erster hydraulischer Arbeitsraum
15: zweiter hydraulischer Arbeitsraum
16: Verbindungsmittel
17: erstes Gewinde
18: zweites Gewinde
19, 19‘, 19‘‘: erste, zweite und dritte Dichtung
20, 20‘, 20‘‘: erstes, zweites und drittes Stützelement
21: Positionierungselement
21‘: Positionierungselementausnehmung
22: Ausbuchtung
23: Elementausnehmung
24: Dichtungsausnehmung
25: Begrenzungsschräge
26: Stützelementausnehmung
27: Zylindersitz
28: Dichtungselement
29: Bohrung
30: innere Entlastungsbohrung
30‘: äußere Entlastungsbohrung
31: zentrale Entlastungsbohrung
L_min, L_max: minimale und maximale Länge des Pleuels

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

WO 2015/055582 A2 [0006]

Claims

Pleuel (100) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, aufweisend: – einen ersten Pleuelteil (1) mit wenigstens einem Element (4) eines Pleuellagers, insbesondere Pleuelauge, welches eingerichtet ist, den ersten Pleuelteil (1) mit einem Hubkolben zu verbinden; – einen zweiten Pleuelteil (2) mit einem zweiseitig wirkenden Kolbenelement (5), vorzugsweise Stufenkolben; und – einen dritten Pleuelteil (3) mit einem Führungszylinder (7), welcher zur Aufnahme des Kolbenelements (5) eingerichtet ist, und einem Pleuelauge (8), wobei der erste Pleuelteil (1) mit dem zweiten Pleuelteil (2) über einen Schaft (6) mittels eines Verbindungsmittels (16) zu einer Einheit verbindbar oder verbunden ist und zwischen einer dem Pleuelauge (8) zugewandten Seite (5‘) des Kolbenelements (5) und dem Boden (7‘‘‘) des Führungszylinders (7) ein erster hydraulischer Arbeitsraum (14) definiert ist und zwischen einer dem Element (4) eines Pleuellagers zugewandten Seite (5‘‘) des Kolbenelements (5) und einer Begrenzung (10) des Führungszylinders (7) ein zweiter hydraulischer Arbeitsraum (15) definiert ist.
Pleuel (100) nach Anspruch 1, wobei der Führungszylinder (7) zumindest teilweise ein Führungsgewinde (11), insbesondere Innengewinde, aufweist.
Pleuel (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Begrenzung (10) des Führungszylinders (7) als Anschlaghülse, vorzugsweise mit einem Hülsengewinde (12), insbesondere Außengewinde, ausgebildet ist, wobei weiter vorzugsweise das Führungsgewinde (11) und das Hülsengewinde (12) zur reibschlüssigen Verbindung des Führungszylinders (7) mit der Anschlaghülse und die Anschlaghülse zur Aufnahme des Schafts (6) eingerichtet ist.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Führungszylinder (7) einen Kegelsitz (27) aufweist und dazu eingerichtet ist, die Begrenzung (10) des Führungszylinders (7) bis zu dem Kegelsitz (27) aufzunehmen.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Element (4) eines Pleuellagers als kleines Pleuelauge ausgebildet ist, welches dazu eingerichtet ist, einen Kolbenbolzen zur Montage an einem Hubkolben aufzunehmen und wobei das Pleuelauge (8) des dritten Pleuelteils (3) ein großes Pleuelauge ist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Element (4) eines Pleuellagers als Kolbenbolzen ausgebildet ist, der zum Durchgreifen wenigstens einer augenförmigen Öffnung an einem Hubkolben eingerichtet ist.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schaft (6) und das Kolbenelement (5) einstückig, insbesondere rotationssymmetrisch, und vorzugsweise aus einem Werkstück, gefertigt sind.
Pleuel (100) gemäß Anspruch 7, wobei der erste Pleuelteil (1) ein erstes Gewinde (17), insbesondere Innengewinde, und der zweite Pleuelteil (2) ein zweites Gewinde (18), insbesondere Außengewinde, aufweist, welche insbesondere zur reibschlüssigen Verbindung des Elements (4) eines Pleuellagers mit dem Schaft (6) eingerichtet sind.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schaft (6) und das Element (4) eines Pleuellagers einstückig und vorzugsweise aus einem Werkstück gefertigt sind.
Pleuel (100) gemäß Anspruch 9, wobei der erste Pleuelteil (1) ein erstes Gewinde (17), insbesondere Außengewinde, und der zweite Pleuelteil (2) ein zweites Gewinde (18), insbesondere Innengewinde, aufweist, welche insbesondere zur reibschlüssigen Verbindung des Kolbenelements (5) mit dem Schaft (6) eingerichtet sind.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Kolbenelement (6) eine erste Dichtung (19), insbesondere Dichtungsring, an der dem Pleuelauge (8) zugewandten Seite (5‘) und eine zweite Dichtung (19‘), insbesondere Dichtungsring, an der dem Element (4) eines Pleuellagers zugewandten Seite (5‘‘) aufweist.
Pleuel (100) nach Anspruch 11, wobei die erste und zweite Dichtung (19, 19‘) jeweils in einer Ausnehmung des Kolbenelements (5) auf der dem Führungszylinder (7) zugewandten Mantelfläche des Kolbenelements (5) eingerichtet oder angeordnet ist.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Kolbenelement (7) wenigstens eine innere Entlastungsbohrung (30) und/oder der dritte Pleuelteil (3) wenigstens eine äußere Entlastungsbohrung (30‘) aufweist und die innere Entlastungsbohrung (30) und/oder die äußere Entlastungsbohrung (30‘) zwischen der ersten Dichtung (19) und der zweiten Dichtung (19‘) angeordnet ist.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Kolbenelement (5) ein erstes Stützelement (20), insbesondere Stützring, welches die erste Dichtung (19) stützt, und ein zweites Stützelement (20‘), insbesondere Stützring, welches die zweite Dichtung (19‘) stützt, aufweist, und wobei der erste hydraulische Arbeitsraum (14) zumindest teilweise zwischen dem ersten Stützelement (20) und dem Boden (7‘‘‘) des Führungszylinders (7) definiert und der zweite hydraulische Arbeitsraum (15) zumindest teilweise zwischen dem zweiten Stützelement (20‘) und der Begrenzung (10) des Führungszylinders (7) definiert ist.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Begrenzung (10) des Führungszylinders (7) eine dritte Dichtung (19‘‘), insbesondere Dichtungsring, an einer dem Pleuelauge (8) zugewandten Seite (10‘) aufweist.
Pleuel (100) nach Anspruch 15, wobei die Begrenzung (10) des Führungszylinders (7) ein drittes Stützelement (20‘‘), insbesondere Stützring, welches die dritte Dichtung (19‘‘) stützt, aufweist, und wobei der zweite hydraulische Arbeitsraum (15) zumindest teilweise zwischen dem dritten Stützelement (20‘‘) und einer dem Element (4) des Pleuellagers zugewandten Seite (5‘‘) des Kolbenelements (5) definiert ist.
Pleuel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der dritte Pleuelteil (3) ein Positionierungselement (21) aufweist, das exzentrisch bezüglich einer Pleuelachse (9) angeordnet ist und von einer Positionierungselementausnehmung (21‘) derart aufgenommen werden kann, dass die durch die Öffnung des Pleuelauges (8) definierte Fläche senkrecht auf einer Verkippungsachse eines Pleuellagers zur Verbindung des Pleuels (100) mit einem Hubkolben steht.
Pleuel (100) nach Anspruch 17, wobei das Positionierungselement (21) am Boden (7‘‘‘) des Führungszylinders (7) und die Positionierungselementausnehmung (21‘) auf der dem Pleuelauge (8) zugewandten Seite (5‘) des Kolbenelements (5) angeordnet ist.
Pleuel (100) nach Anspruch 17, wobei das Positionierungselement (21) auf einer dem Element (4) eines Pleuellagers zugewandten Seite des dritten Pleuelteils (3), insbesondere benachbart der Begrenzung (10) des Führungszylinders (7), insbesondere Anschlaghülse, und die Positionierungselementausnehmung (21‘) an einer dem Pleuelauge (8) zugewandten Seite (4‘) des Elements (4) des Pleuellagers angeordnet ist.
Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit wenigstens einem Pleuel (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche