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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische, für die Verwendung in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignete Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Stellvorrichtung ist aus der
DE 10 2015 201 807 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen Aktuator, welcher eine mittels eines Elektromotors über ein Wellgetriebe angetriebene Exzenterwelle, die als zweite Steuerwelle bezeichnet ist, aufweist. Die genannte Exzenterwelle umfasst einen Wellenhauptkörper, der an zwei Stellen in einem Gehäuse gleitgelagert ist. Ein Zwischenhebel, welcher in der
DE 10 2015 201 807 A1 als zweite Steuerungsverbindung bezeichnet ist, ist an der zweiten Steuerwelle mit Hilfe eines Verbindungsstiftes exzentrisch angelenkt. Das dem Verbindungsstift abgewandte Ende der zweiten Steuerungsverbindung ist als erster Endbereich bezeichnet und gelenkig mit einem exzentrischen Wellenbereich einer ersten Steuerwelle gekoppelt. Die erste Steuerwelle, bei welcher es sich um eine weitere Exzenterwelle handelt, wiederum ist über eine erste Steuerungsverbindung, welche ansonsten auch als Nebenpleuel bezeichnet wird, mit einer sogenannten unteren Verbindung gelenkig verbunden.
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Bei der unteren Verbindung handelt es sich um ein Zwischenelement eines Kurbeltriebs, welches auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert und darüber hinaus schwenkbar mit einem Pleuel, welcher in der
DE 10 2015 201 807 A1 als obere Verbindung bezeichnet ist, gekoppelt ist. Das obere Ende des Pleuels ist in üblicher Weise mit Hilfe eines Kolbenbolzens mit einem Kolben gekoppelt.
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Eine weitere Stellvorrichtung, welche die Verstellung einer Exzenterwelle in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors ermöglicht, ist in der
DE 10 2016 210 865 A1 offenbart. Auch in diesem Fall ist ein Wellgetriebe als Untersetzungsgetriebe vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte, für eine Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignete Stellvorrichtung anzugeben, welche sich durch einen montagefreundlichen Aufbau und eine hohe Betriebssicherheit unter unterschiedlichsten Betriebsbedingungen auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Stellvorrichtung umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption einen Elektromotor, ein durch den Elektromotor betätigbares Untersetzungsgetriebe, sowie eine mittels des Untersetzungsgetriebes verstellbare Exzenterwelle, welche in einem Gehäuse, in dem auch das Untersetzungsgetriebes angeordnet ist, an zwei Lagerstellen, nämlich einer getriebenahen Lagerstelle und einer getriebefernen Lagerstelle, gelagert ist. Erfindungsgemäß ist die getriebenahe Lagerstelle durch ein gesondertes, in das Gehäuse eingesetztes Lagerschild gebildet.
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Die zweite, das heißt getriebeferne Lagerstelle ist dagegen vorzugsweise ohne Lagerschild im Gehäuse gebildet. Beide Lagerstellen sind vorzugsweise als Gleitlagerungen ausgebildet. Ebenso ist die Ausbildung der Lagerstellen als Wälzlager möglich. In diesem Fall kann eine Wälzkörperlaufbahn durch das Lagerschild bereitgestellt sein. Ansonsten ist ein Lageraußenring in das Lagerschild eingesetzt. Sowohl im Fall einer Wälzlagerung als auch im Fall einer Gleitlagerung dienen die beiden Lagerstellen der radialen Lagerung der Exzenterwelle. Optional haben die Lagerstellen auch axiale Lagerungsfunktion. Die Begriffe „getriebenah“ und „getriebefern“ beziehen sich auf die geometrische Relation der betreffenden Lagerstelle zum Untersetzungsgetriebe der Stellvorrichtung.
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Eine Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors wird im Folgenden kurz auch als VCR-Vorrichtung (Varialbe Compression Ratio) bezeichnet. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine VCR-Vorrichtung in einem weiten Temperaturbereich von beispielsweise minus 40° Celsius bis plus 150° Celsius betrieben wird. Sind Teile innerhalb der VCR-Vorrichtung aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise Stahl im Fall einer Welle und Aluminium im Fall eines Gehäuses, gefertigt, so können die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Belang sein. Insbesondere ist es denkbar, dass sich unterschiedliche thermisch bedingte Abmessungsänderungen auf Lagerspiele innerhalb der VCR-Vorrichtung auswirken. Dieser Effekt ist gemäß der Erfindung dadurch minimierbar, dass in das Lagerschild im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ein vergleichsweise kleines Lager integrierbar ist. Vorzugsweise weisen die beiden Lagerstellen der Stellvorrichtung den gleichen Lagerdurchmesser auf.
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Der Exzenter der Exzenterwelle hat bevorzugt einen deutlich größeren Teilkreisdurchmesser als die beiden Lagerstellen. Die Lagerstellen sind vorzugsweise nicht unterbrochen, um eine gute Unterstützung der Exzenterwelle auch bei wechselnden Lastrichtungen zu realisieren.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Lagerschild auf seiner dem Untersetzungsgetriebe abgewandten, das heißt dem Exzenter zugewandten Seite einen ringförmigen, als Zentrierfläche dienenden Absatz auf. Mit Hilfe dieses Absatzes ist das Lagerschild im Gehäuse zentrierbar. Die Befestigung des Lagerschildes im Gehäuse erfolgt beispielsweise mit Hilfe mehrerer Schrauben. Die einzelnen Schrauben sind gemäß einer möglichen Ausgestaltung ungleichförmig am Umfang des Lagerschildes verteilt.
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Bei der Montage der Stellvorrichtung wird das Lagerschild vom späteren Einbauort des Untersetzungsgetriebes aus in das Gehäuse eingeschoben. Auf der dem Untersetzungsgetriebe abgewandten Seite kann die Exzenterwelle durch das Lagerschild in axialer Richtung abgestützt werden. In der entgegengesetzten axialen Richtung ist eine Abstützung des Lagerschildes vorzugsweise durch das Gehäuse der Stellvorrichtung gegeben.
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Das Untersetzungsgetriebe der Stellvorrichtung ist vorzugsweise als Wellgetriebe ausgebildet. Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem nachgiebigen Getriebeelement. Dieses Getriebeelement kann beispielsweise eine ringförmige odertopfförmige Gestalt aufweisen. Ein Wellgenerator des Wellgetriebes kann elektrisch entweder direkt oder über ein weiteres Getriebe, insbesondere Zahnradgetriebe, angetrieben sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 eine Stellvorrichtung einer VCR-Vorrichtung in einer Schnittdarstellung,
- 2 die Anordnung nach 1 in perspektivischer Ansicht,
- 3 und 4 ein Lagerschild der Stellvorrichtung nach 1.
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Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen
1 gekennzeichnete Stellvorrichtung, welche auch als Verstelleinheit bezeichnet wird, ist Teil einer VCR-Vorrichtung eines Hubkolbenmotors. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion der Stellvorrichtung
1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik, insbesondere das Dokument
DE 10 2015 201 807 A1 , verwiesen.
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Die Stellvorrichtung 1 umfasst einen Elektromotor 2, welcher über einen Stecker 3 mit Energie versorgbar sowie datentechnisch mit weiteren Komponenten koppelbar ist. Der Elektromotor 2 speist Leistung in ein Wellgetriebe 4, das heißt Untersetzungsgetriebe, ein, welches in einem Gehäuse 5 angeordnet ist. Ein dem Wellgetriebe 4 zuzurechnender Wellgenerator 6 umfasst ein Wälzlager, nämlich Kugellager 8, mit einem Innenring 7. Die mit 9 bezeichnete Motorwelle des Elektromotors 2 treibt den Innenring 7 über ein Antriebsritzel 10 an, welches fest mit der Motorwelle 9 verbunden ist. Alternativ könnten Motorwelle 9 und Antriebsritzel 10 als einstückiges Bauteil ausgebildet sein. In jedem Fall greift das Antriebsritzel 10 in eine Innenverzahnung des Innenrings 7 ein. Die mit M bezeichnete Mittelachse der Stellvorrichtung 1 ist von der Motorwelle 9 parallel beabstandet. Die Rotationsachse des Innenrings 7 ist mit der Mittelachse M identisch. Der Innenring 7 weist eine elliptische, nicht kreisrunde Außenumfangsfläche auf, auf welcher Kugeln 11 als Wälzkörper abrollen. Ein zugehöriger, im Gegensatz zum Innenring 7 nachgiebiger Außenring 12 passt sich permanent der unrunden Form des Innenrings 7 an. Hierdurch wird ein nachgiebiges, topfförmiges Getriebeelement 13 permanent ebenfalls in eine unrunde Form gezwungen. In an sich bekannter Weise greift das elastische Getriebeelement 13 partiell in eine Innenverzahnung eines gehäusefesten Bauteils der Stellvorrichtung 1 ein. Eine den Außenring 12 umgebende Außenverzahnung des elastischen Getriebeelementes 13 stellt einen integralen Bestandteil des Getriebeelementes 13 dar.
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Der Boden des topfförmigen Getriebeelementes 13 ist mit Hilfe einer Schraube 15 und eines Anschlussrings 32 drehfest mit einer Exzenterwelle 14 verbunden. Am Anschlussring 32 ist des Weiteren ein Deckel 31 gehalten, welcher innerhalb des topfförmigen Getriebeelementes 13 angeordnet ist und als ebenfalls topfförmiges Bauteil den Außenring 12 in einer Axialrichtung abstützt. An der Exzenterwelle 14 ist ein Exzenter 16 erkennbar, an welchem mittels einer Exzenterlagerung 17 ein Zwischenhebel 18 angelenkt ist. Das aus dem Gehäuse 5 herausragende Ende des Zwischenhebels 18 ist als Pleuelauge 30 ausgebildet und gelenkig mit einer weiteren Exzenterwelle verbunden. An der nicht dargestellten weiteren Exzenterwelle wiederum sind Nebenpleuel angelenkt, welche mit weiteren Kurbeltriebskomponenten des Hubkolbenmotors zusammenwirken und die Verstellung dessen Verdichtungsverhältnisses ermöglichen.
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Die Exzenterwelle14 ist mit Hilfe einer ersten, getriebenahen Exzenterwellenlagerung 19 und einer zweiten, getriebefernen Exzenterwellenlagerung 20 schwenkbar im Gehäuse 5 gelagert. Beide Exzenterwellenlagerungen 19, 20, das heißt Lagerstellen, sind im Ausführungsbeispiel als Gleitlagerungen ausgebildet. Hierbei befindet sich die erste Exzenterwellenlagerung 19 in einer Lagerbrücke 21, welche auch als Lagerschild bezeichnet wird und mit Hilfe von Schrauben 22 im Gehäuse 5 befestigt ist. Zur Zentrierung des Lagerschilds 21 im Gehäuse 5 ist eine Lagerbrückenzentrierung 23 vorgesehen. Auf der Seite des Lagerschildes 21 ist die Lagerbrückenzentrierung 23 durch einen ringförmigen Absatz 24 gebildet. Die mit 25 bezeichnete Innenumfangsfläche des Lagerschilds 21 ist der ersten, getriebenahen Lagerstelle 19 zuzurechnen. Auf der rechten Seite des Lagerschilds 21, bezogen auf die Anordnung nach 1, auf der sich der ringförmige Absatz 24 befindet, ist - radial weiter innenliegend - ein innerer, ebenfalls ringförmiger Absatz 26 gebildet, welcher der axialen Abstützung der Exzenterwelle 14 dient.
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Die zweite Exzenterwellenlagerung 20 wird auch als getriebeferne Lagerstelle bezeichnet. Beide Lagerstellen 19, 20 haben einen einheitlichen, mit DL bezeichneten Lagerdurchmesser. Der Abstand der Exzenterlagerung 17 von der Mittelachse M ist größer als der halbe Lagerdurchmesser DL .
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Die mit 27 bezeichneten Bohrungen des Lagerschilds 21, in welche die Schrauben 22 eingesteckt sind, sind, wie aus den 3 und 4 hervorgeht, ungleichförmig am Umfang des Lagerschilds 21 verteilt. Bei der Montage des Lagerschilds 21 ist eine einzige, am Umfang des Lagerschilds 21 angeordnete Verdrehsicherungskontur 29 nutzbar. Das Lagerschild 21 wird von der offenen, das heißt dem Untersetzungsgetriebe 4 zugewandten Seite aus in das Gehäuse 5 eingesetzt. Auf der im fertig montierten Zustand dem Untersetzungsgetriebe 4 zugewandten Stirnseite des Lagerschildes 21 weist dieses Versteifungsrippen 28 auf. Ebenso wie die Bohrungen 27 sind auch die Versteifungsrippen 28 nicht gleichförmig am Umfang des insgesamt ringscheibenförmigen Lagerschildes 21 verteilt.
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Durch das Lagerschild 21 wird der Innenraum des Gehäuses 5 in zwei Teile unterteilt, wobei die Teilungsebene normal zur Mittelachse M angeordnet ist. Als Zusatzfunktion, zusätzlich zur Bildung der Lagerstelle 19, kann das Lagerschild 21 Funktionen betreffend die Ölversorgung von Komponenten der Stellvorrichtung 1 übernehmen. So ist im Ausführungsbeispiel eine Öldurchführung im Bereich der Verdrehsicherungskontur 29 vorgesehen, während ansonsten durch das Lagerschild 21 eine Ölkammer, in welcher sich der Exzenter 16 befindet, von einer Ölkammer, in welcher sich das Wellgetriebe 4 befindet, getrennt ist. Die an den Lagerstellen 19, 20 gelagerte Exzenterwelle 14 ist einteilig ausgeführt. Das Lagerschild 21 hat keine gemeinsamen Oberflächen mit der Außenfläche der Stellvorrichtung 1. Von daher sind keine Dichtungen am Lagerschild 21 erforderlich. Das Gehäuse 5 der VCR-Stellvorrichtung 1 und das Lagerschild 21 sind aus Werkstoffen mit übereinstimmenden oder ähnlichen Wärmeausdehungskoeffizienten gefertigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstelleinheit, Stellvorrichtung
- 2
- Elektromotor
- 3
- Stecker
- 4
- Wellgetriebe, Untersetzungsgetriebe
- 5
- Getriebegehäuse, Gehäuse
- 6
- Wellgenerator
- 7
- Innenring
- 8
- Kugellager
- 9
- Motorwelle
- 10
- Antriebsritzel
- 11
- Kugel
- 12
- Außenring
- 13
- Elastisches Getriebeelement
- 14
- Exzenterwelle
- 15
- Schraube
- 16
- Exzenter
- 17
- Exzenterlagerung
- 18
- Nebenpleuel
- 19
- getriebenahe Exzenterwellenlagerung, Lagerstelle
- 20
- getriebeferne Exzenterwellenlagerung, Lagerstelle
- 21
- Lagerbrücke, Lagerschild
- 22
- Schraube
- 23
- Lagerbrückenzentrierung
- 24
- Absatz
- 25
- Innenumfangsfläche
- 26
- innerer Absatz
- 27
- Bohrung
- 28
- Versteifungsrippe
- 29
- Verdrehsicherungskontur
- 30
- Pleuelauge
- 31
- Deckel
- 32
- Anschlussring
- DL
- Lagerdurchmesser
- M
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015201807 A1 [0002, 0003, 0014]
- DE 102016210865 A1 [0004]
