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Die Erfindung betrifft einen Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis, der einen Pleuelkopf, einen Pleuelfuß und einen den Pleuelkopf mit dem Pleuelfuß verbindenden Pleuelschaft aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Hubkolbenmaschine mit einem solchen Pleuel.
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Pleuel nach dem Stand der Technik weisen am Pleuelkopf und am Pleuelfuß jeweils ein Pleuelauge auf. Das Pleuelauge im Bereich des Pleuelkopfes ist in der Regel kleiner als das Pleuelauge im Bereich des Pleuelfußes. Es wird daher auch vom kleinen Pleuelauge (am Pleuelkopf) und dem großen Pleuelauge (am Pleuelfuß) gesprochen. Das kleine Pleuelauge dient zur schwenkbaren Verbindung eines Kolbens mit dem Pleuel. Hierzu dient ein Kolbenbolzen, der in dem kleinen Pleuelauge sitzt und den Kolben um eine Schwenkachse mit dem Pleuel schwenkbar verbindet. Der Pleuel ist mit dem großen Pleuelauge auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine um eine Schwenkachse gelagert. Zu Montagezwecken ist das große Pleuelauge meist geteilt.
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Hubkolbenmaschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis haben sowohl bei Ottomotoren als auch bei Dieselmotoren eine Reihe von Vorteilen gegenüber Hubkolbenmaschinen mit festem Verdichtungsverhältnis. Ein hohes Verdichtungsverhältnis wirkt sich grundsätzlich positiv auf den Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine aus. Das maximale Verdichtungsverhältnis ist jedoch durch einen maximalen Zylinderdruck begrenzt, der bei Volllast nicht überschritten werden darf. Beim Ottomotor ist das maximale Verdichtungsverhältnis zum Beispiel durch die Klopfneigung im Volllastbetrieb begrenzt. Für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbetrieb können höhere Verdichtungsverhältnisse gewählt werden. Der Wirkungsgrad bei Teillast kann demnach durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses verbessert werden.
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Um das Verdichtungsverhältnis zu verändern, weisen bekannte Hubkolbenmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis mindestens eine Komponente auf, deren Geometrie oder Lage veränderbar ist, um das Verdichtungsverhältnis zu verstellen.
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Als Komponente, die zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses veränderbar ist, hat sich insbesondere der Pleuel als zweckmäßig erwiesen. Zum Beispiel können durch eine Verlagerung der Schwenkachse des Kolbens im Bereich des kleinen Pleuelauges relativ zur Schwenkachse des großen Pleuelauges die effektive Pleuellänge und damit das Verdichtungsverhältnis verändert werden.
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Die
EP 1 426 584 B1 zeigt einen Pleuel, der über einen Kolbenbolzen mit einem Kolben verbindbar ist. Der Kolbenbolzen ist exzentrisch zur Achse des kleinen Pleuelauges angeordnet. Hierzu ist ein Exzenterring um einen vorgegebenen Schwenkbereich innerhalb des kleinen Pleuelauges um die Schwenkachse hin und her drehbar gelagert. In dem Exzenterring ist eine exzentrisch zum kleinen Pleuelauge angeordnete Bolzenbohrung vorgesehen, in der der Kolbenbolzen aufgenommen ist. Am Pleuel sind Verriegelungsmitteln zur wahlweisen Fixierung des Exzenterringes in der einen oder anderen Endstellung des Schwenkbereichs vorhanden. Von außen über ein Einwirkelement einer Aktuatoreinrichtung betätigbaren mechanischen Stellmitteln stehen in Wirkverbindung mit den Verriegelungsmitteln.
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Aus der
DE 100 26 634 A1 ist ein Pleuel zum Verändern einer Verdichtung eines Zylinders einer Hubkolbenmaschine gekannt, bei dem ein Exzenter, der in dem kleinen Pleuelauge gelagert ist und eine Verbindung zum Kolben schafft, über eine Veränderung seiner Stellung geeignet ist, die Verdichtung in einem Brennraum zu ändern. Hierzu wird ein Hebelsystem genutzt, welches über einen Stellmotor angetrieben wird.
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Aus der
DE 197 57 871 A1 geht eine Hubkolbenmaschine hervor, die ein Pleuel mit einem im Pleuelauge gelagerten Exzenter aufweist. Eine Veränderung einer Kolbenhubfunktion soll dadurch bewirkt werden, dass über eine elektromagnetische Feldkraft, die durch eine mit Strom durchflossene Spule erzeugt wird, ein Stellmechanismus betätigbar ist. Mittels dieses Stellmechanismus kann ein Arretierbolzen aus einer Rastbohrung gezogen werden, wodurch die im kleinen Pleuelauge angeordnete Exzenterscheibe aufgrund der wirkenden Massenkräfte im Kurbeltrieb ihre Lage und damit das Verdichtungsverhältnis ändert.
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Aus der
DE 38 18 357 A1 wiederum geht ein Zusammenwirken zwischen einem Exzenter, der drehbar im Pleuel angeordnet ist und eine Verbindung zum Kolben schafft, und mechanischen Blockiermitteln in Form von Blockierstiften und dazu zugeordneten Blockierstellen hervor, wobei die Blockierstifte über unterschiedliche Ölbeaufschlagungen bei unterschiedlich hohen Motorlasten eine Positionierung des Exzenters und damit eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses bewirken.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Gestaltung eines Pleuels für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch einen Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis, gelöst, der einen Pleuelkopf, einen Pleuelfuß und einen den Pleuelkopf mit dem Pleuelfuß verbindenden Pleuelschaft aufweist. Der Pleuel ist im Bereich des Pleuelschafts in eine erste Pleuelhälfte und eine zweite Pleuelhälfte geteilt. Die erste Pleuelhälfte weist den Pleuelkopf und einen ersten Pleuelschaftabschnitt des Pleuelschafts auf. Die zweite Pleuelhälfte weist den Pleuelfuß und einen zweiten Pleuelschaftabschnitt des Pleuelschafts auf. Der erste Pleuelschaftabschnitt und der zweite Pleuelschaftabschnitt sind durch zumindest ein Verbindungselement entlang einer Längsachse des Pleuels abstandsveränderlich miteinander verbunden sind.
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Durch die Teilung des Pleuels und die längenveränderliche Verstellung des Pleuels im Bereich des geteilten Pleuelschafts bleiben die Pleuelaugen, insbesondere das kleine Pleuelauge im Bereich des Kolbens, unverändert gegenüber Standard Pleuel. Die Verstellung erfolgt nicht im Bereich der Pleuelaugen, wo der Bauraum sehr beengt ist. Zudem bleiben die Lagerungen der Pleuelaugen unbeeinflusst.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das zumindest eine Verbindungselement ein erstes Gewinde auf, das mit einem Gewinde des ersten Pleuelschaftabschnitts um die Längsachse drehbar in Eingriff ist. Ferner weist das zumindest eine Verbindungselement ein zweites Gewinde auf, das mit einem Gewinde des zweiten Pleuelschaftabschnitts um die Längsachse drehbar in Eingriff ist. Um hierbei zu gewährleisten, dass sich in einer Drehrichtung des Verbindungselement die beiden Pleuelhälften aufeinander zu bewegen und bei einer entgegengesetzten Drehrichtung des Verbindungselements die beiden Pleuelhälften voneinander weg bewegen, sind das erste Gewinde und das zweite Gewinde gegensinnig ausgebildet. Das heißt, das das erste Gewinde als Rechtsgewinde und das zweite Gewinde als Linksgewinde, oder umgekehrt, ausgebildet sind. Eine Drehung des Verbindungselements um die Längsachse bewirkt, dass die erste Pleuelhälfte und die zweite Pleuelhälfte aufgrund der Gegensinnigkeit der Gewinde eine gegenläufige Bewegung ausführen.
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Die Ausführung der gegensinnigen Gewinde, also der Links- und Rechtsgewinde, können so gewählt sein, dass sie selbsthemmend sind, sodass unter Gas- und Massenkräften vom Kolben eine Verstellung nur eintritt, wenn das Verbindungselement aktiv gedreht wird.
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Die Gewinde können ferner vorzugsweise so gestaltet werden, dass im Eingriff weitgehend Spielfreiheit herrscht, damit es nicht zu Anlagewechseln kommt, die eventuell mit einer stoßartigen Belastung verbunden sind und den Pleuel schädigen könnten.
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Das Verbindungselement kann zum Beispiel als Hülse gestaltet sein. Diese weist an einem ersten Ende eine erste Öffnung mit dem ersten Gewinde in Form eines Innengewindes auf. An einem dem ersten Ende abgewandten Ende weist die Hülse ein zweites Ende mit dem zweiten Gewinde in Form eines Innengewindes auf. Die beiden Gewinde sind jeweils auf ein Gewinde des ersten Pleuelschaftabschnitts und des zweiten Pleuelschaftabschnitts aufgeschraubt. Die Gewinde der beiden Pleuelschaftabschnitte sind hierbei als Außengewinde gestaltet.
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Damit es nicht zu einer relativen Verdrehung zwischen der ersten Pleuelhälfte und der zweiten Pleuelhälfte kommt, kann eine, bevorzugt innenliegende Führung oder Verdrehsicherung vorhanden sein. Hierzu können im ersten Pleuelschaftabschnitt und in dem zweiten Pleuelschaftabschnitt zueinander fluchtende Aussparungen entlang der Längsachse angeordnet sein, die einen von einem Kreis abweichenden Querschnitt aufweisen und in die gemeinsam ein Profilelement mit entsprechend von einem Kreis abweichenden Querschnitt eingeschoben ist. Ein Drehmoment der beiden Pleuelschaftabschnitte gegeneinander wird somit gegen das Profilelement abgestützt. Die Aussparungen können beispielsweise ein rechteckiges Profil aufweisen, wobei das Profilelement ein Rechteckprofil aufweist.
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Alternativ kann eines der beiden Pleuelhälften mit zwei Zylindern ausgestattet sein, die in zwei entsprechende Bohrungen in der anderen Pleuelhälfte eintauchen. Die einzelnen Elemente der Führung oder Verdrehsicherung können in die Pleuellagerhälften eingesetzt sein, wobei dies Schrauben, Einpressen und Kleben mit einschließt.
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Zur Verdrehsicherung der beiden Pleuelhälften zueinander kann auch vorgesehen sein, dass der Pleuel zwei Verbindungselemente aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Über die beiden parallelen Verbindungselemente sind die beiden Pleuelhälften gegeneinander gegen Verdrehen abgestützt.
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Die Aufgabe wird ferner durch eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine, mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis mit einem Pleuel wie oben beschrieben, gelöst. Die Hubkolbenmaschine weist eine Verstelleinrichtung zum Drehen des Verbindungselements auf, wobei die Verstelleinrichtung verstellbar an einem gegenüber dem Pleuel ortsfesten Bauteil der Hubkolbenmaschine angeordnet ist und einen Verstellvorsprung aufweist, der mit zumindest einem radial vorstehenden Flügel des Verbindungselements zusammenwirkt.
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Die Verstellung, also das Verdrehen, des Verbindungselements erfolgt durch den Eingriff des Verstellelements in die rotierende/oszillierende Bewegung des Pleuels. Die Verstelleinrichtung ist dabei ortsfest, zum Beispiel im Kurbelraum der Hubkolbenmaschine, angebracht und greift nur zu diskreten Positionen in den Bewegungspfad des Pleuels beziehungsweise des zumindest einen radial vorstehenden Flügels des Verbindungselements ein, bevorzugt, wenn das Kraftniveau im Pleuel niedrig ist.
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Für die Anordnung der Verstelleinrichtung ergeben sich Restriktionen hinsichtlich der Lage und der Größe aufgrund des Bewegungsraums der Kurbelwelle, des Pleuels und des Kolbens, der im unteren Totpunkt aus dem Zylinderrohr austauchen kann und damit den möglichen Bauraum für der Verstelleinrichtung weiter einschränkt.
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Hinzu kommen Kolbenspritzdüsen, die eigene Anforderungen stellen, um eine ausreichende Kühlung des Kolbens sicherzustellen. Diese werden häufig bei Motoren mit Kurbelwellen-Offset zur Druckseite aus Platzgründen auf der Gegendruckseite verbaut, zum Beispiel in der Nähe zur Hauptölgalerie unterhalb des Kühlwassermantels der Zylinder.
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Vorzugsweise liegt daher die Position für die Verstelleinrichtung unterhalb des Wassermantels auf der Druckseite der Zylinder. Hier hat üblicherweise die Pleuelgeige, also der Bewegungsraum des Pleuels, einen geringen Abstand zum Kurbelgehäuse, sodass an dieser Stelle die Verstelleinrichtung günstig in den Bewegungspfad des Pleuel eingreifend verbaut werden kann.
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Auf dem Verbindungselement ist außen in einem Bereich, der nicht mit dem Kolben, der Kurbelwelle, dem Kurbelgehäuse, dem Zylinderrohr oder anderen Komponenten in Kollision geraten kann, zumindest ein Flügel angebracht, der im Wesentlichen radial nach außen zeigt. Unter Flügel sollen hierbei alle Formen von Vorsprüngen verstanden werden, die radial vorstehen. Die Geometrien und die Abmessungen können frei gewählt werden. Die Aufgabe dieses Flügels ist es, durch Kontakt zum Verstellvorsprung, der nur lokal und nur zeitweilig stattfindet, eine Kraft von dem Verstellvorsprung über den zumindest einen Flügel in das Verbindungselement einzuleiten, die zu einer Rotation des Verbindungselements führt. Wenn mehrere Flügel vorgesehen sind, findet ein Kontakt zwischen dem Verstellvorsprung und einem der Flügel statt.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform einer Hubkolbenmaschine weist der Verstellvorsprung eine schräg zum Bewegungspfad des zumindest einen Flügels des Pleuels verlaufende Verstellfläche auf. Hierbei ist der Verstellvorsprung der Verstelleinrichtung über einen bestimmten Kurbelwinkelbereich hinweg in den Bewegungspfad des zumindest einen Flügels verstellbar, sodass die Verstellfläche mit dem zumindest einen Flügel in Anlage gelangt und das Verbindungselement dreht.
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Über die schräge Anordnung des Verstellvorsprungs wird eine Rampenanordnung erzeugt. Diese bewirkt, dass aus einer Kraft in Richtung des Bewegungspfads des Flügels eine Kraft quer zum Bewegungspfad des Flügels erzeugt wird, die ein Verdrehen des Verbindungselements bewirkt.
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Um das Verbindungselement in beide Richtungen drehen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung zwei Verstellvorsprünge aufweist, mit gegensinnig zum Bewegungspfad des zumindest einen Flügels des Pleuels schräg verlaufenden Verstellflächen.
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Das Verbindungselement kann mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Flügel aufweisen. Somit kann über mehrere Hubbewegungen des Pleuels hinweg das Verbindungselement verdreht werden, indem der in die Pleuelgeige eingreifende Verstellvorsprung bei jedem Hub des Pleuels das Verbindungselement über einen der Flügel soweit dreht, dass der Verstellvorsprung beim darauffolgenden Hub mit dem nächsten, benachbarten Flügel in Kontakt kommt.
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Die Flügel können gleichmäßig über den gesamten Umfang verteilt angeordnet sind, wobei zumindest an einer Stelle über den Umfang eine Fehlstelle frei von einem Flügel vorhanden ist. Somit ist sichergestellt, dass bei einer Drehbewegung in eine beliebige Richtung ein Weiterdrehen verhindert wird, wenn der Verstellvorsprung die Fehlstelle erreicht hat. Somit ist eine definierte Endposition gegeben. Damit ergibt sich, dass die komplette Verstellung innerhalb von weniger als einer Umdrehung des Verbindungselements zwischen minimaler und maximaler Länge des Pleuels erfolgt.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Hierin zeigen
- 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pleuels;
- 2 einen Längsschnitt des Pleuels gemäß 1 in einer Endstellung maximaler Länge;
- 3 einen Längsschnitt des Pleuels gemäß 1 in einer Endstellung minimaler Länge;
- 4 einen Teilquerschnitt einer Hubkolbenmaschine mit einem Pleuel gemäß 1;
- 5 einen schematischen Querschnitt durch eine Verstelleinrichtung zum Verstellen des Verbindungselements;
- 6 eine weitere schematische Ansicht der Verstelleinrichtung gemäß 5, und
- 7 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pleuels.
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Die 1 bis 3 zeigen einen erfindungsgemäßen Pleuel 1 in unterschiedlichen Darstellungen und werden im Folgenden zusammen beschrieben.
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Der Pleuel 1 weist einen Pleuelkopf 2, einen Pleuelfuß 3 und einen Pleuelschaft 4 auf, wobei der Pleuelschaft 4 den Pleuelkopf 2 und den Pleuelfuß 3 miteinander verbindet. Im Bereich des Pleuelschafts 4 ist der Pleuel 1 in eine erste Pleuelhälfte 5 und in eine zweite Pleuelhälfte 6 geteilt. Die erste Pleuelhälfte 5 umfasst den Pleuelkopf 2 und einen ersten Pleuelschaftabschnitt 7 des Pleuelschafts 4. Die zweite Pleuelhälfte 6 umfasst den Pleuelfuß 3 und einen zweiten Pleuelschaftabschnitt 8 des Pleuelschafts 4. Der erste Pleuelschaftabschnitt 7 und der zweite Pleuelschaftabschnitt 8 sind durch ein Verbindungselement 9 entlang einer Längsachse L des Pleuels 1 abstandsveränderlich miteinander verbunden.
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Das Verbindungselement 9 lässt sich gegenüber dem ersten Pleuelschaftabschnitt 7 und dem zweiten Pleuelschaftabschnitt 8 verstellen, wobei das Verbindungselement 9 derart ausgebildet ist, dass durch das Verstellen des Verbindungselements 9 der Abstand zwischen dem ersten Pleuelschaftabschnitt 7 und dem zweiten Pleuelschaftabschnitt 8 und somit der ersten Pleuelhälfte 5 und zur zweiten Pleuelhälfte 6 verändert werden kann.
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Der Pleuelkopf 2 weist ein Pleuellager in Form eines kleinen Pleuelauges 10 auf. Der Pleuelfuß 3 weist ein Pleuellager in Form eines großen Pleuelauges 11 auf. Das große Pleuelauge 11 ist geteilt ausgeführt und mit einem Pleuellagerdeckel 12 verschlossen. Der Pleuellagerdeckel 12 ist über hier nicht dargestellte Befestigungsschrauben befestigt. Für die Befestigungsschrauben sind Befestigungsbohrungen 13, 14 im Pleuelfuß 3 vorgesehen.
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Zum Verstellen des Verbindungselements 9 sind alle möglichen Mechanismen denkbar, die gewährleisten, dass durch Verstellen des Verbindungselements 9 die erste Pleuelhälfte 5 und die zweite Pleuelhälfte 6 aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können, um die Länge des Pleuels verstellen zu können.
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In einer beispielhaften Ausführungsform gemäß der Figuren weist das Verbindungselement 9 ein erstes Gewinde 15 auf, das mit einem Gewinde 16 des ersten Pleuelschaftabschnitts 7 um die Längsachse L drehbar in Eingriff ist. Ferner weist das Verbindungselement 9 ein zweites Gewinde 17 auf, welches mit einem Gewinde 18 des zweiten Pleuelschaftabschnitts 8 um die Längsachse L drehbar in Eingriff ist. Um zu gewährleisten, dass durch ein Verdrehen des Verbindungselements 9 die erste Pleuelhälfte 5 und die zweite Pleuelhälfte 6 aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können, sind das erste Gewinde 15 und das zweite Gewinde 17 gegensinnig ausgebildet. Dies bedeutet, dass eines der beiden Gewinde 15, 17 als Rechtsgewinde und das andere der beiden Gewinde 15, 17 als Linksgewinde ausgestaltet sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass durch ein Verdrehen des Verbindungselements 9 um die Längsachse L die beiden Pleuelhälften 5, 6 stets in entgegengesetzter Richtung axial entlang der Längsachse L verstellt werden.
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Zum Verstellen des Verbindungselements 9 sind Verstellmittel 19 vorgesehen, die in den 1, 2 und 3 rein schematisch dargestellt sind und im Nachfolgenden näher erläutert werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das Verbindungselement als Hülse gestaltet. Das Verbindungselement 9 weist eine erste Öffnung 20 auf, von der ausgehend das erste Gewinde 15 als Innengewinde in das hülsenförmige Verbindungselement 9 eingearbeitet ist. Ferner weist das Verbindungselement 9 eine von der ersten Öffnung 20 abgewandte zweite Öffnung 21 auf, von der ausgehend das zweite Gewinde 17 in Form eines Innengewindes in das hülsenförmige Verbindungselement 9 eingearbeitet ist.
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Die beiden Gewinde 16, 18 des ersten Pleuelschaftabschnitts 7 und des zweiten Pleuelschaftabschnitts 8 sind jeweils als Außengewinde gestaltet. Hier ist es jedoch auch denkbar, dass die Pleuelschaftabschnitte zumindest teilweise hülsenförmig gestaltet sind, in die ein stiftförmiges Verbindungselement eingeschraubt ist.
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Damit es nicht zu einer relativen Verdrehung der beiden Pleuellagerhälften 5, 6 kommt, wenn das Verbindungselement 9 gedreht wird, ist ein Verdrehsicherungselement 22 vorgesehen. Dieses weist einen von einem Kreis abweichenden Querschnitt auf und ist in eine erste Aussparung 23 des ersten Pleuelschaftabschnitts 7 und in eine zweite Aussparung 24 im zweiten Pleuelschaftabschnitt 8 eingeführt. Das Verdrehsicherungselement 22 erstreckt sich entlang der Längsachse L, wobei die beiden Aussparungen 23, 24 fluchtend zueinander und koaxial zur L-Achse angeordnet sind. Die beiden Aussparungen 23, 24 weisen einen Querschnitt auf, der komplementär zum Querschnitt des Verdrehsicherungselements 22 ausgebildet ist. So kann das Verdrehsicherungselement 22 beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Hierdurch wird ein Verdrehen der beiden Pleuelhälften 5, 6 zueinander vermieden, indem sich diese in Drehrichtung gegen das Verdrehsicherungselement 22 abstützen.
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Wird nun das Verbindungselement 9 um die Längsachse L gedreht, lassen sich die beiden Pleuelhälften 5, 6 in eine voneinander weg bewegte Stellung (2) maximaler Pleuellänge und in eine aufeinander zu bewegte Stellung (3) minimaler Pleuellänge bewegen. Durch Veränderung der Pleuellänge um die Längendifferenz Δl kann das Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine, verändert werden.
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4 zeigt eine Hubkolbenmaschine 29 mit einem Pleuel 1 wie oben beschrieben. Die Hubkolbenmaschine 29 weist ein Kurbelgehäuse 28 auf, in dem eine Kurbelwelle 32 drehbar gelagert ist. Auf der Kurbelwelle 32 sind mehrere Pleuel 1 gelagert angetrieben. Hierbei sitzt der Pleuel 1 mit dem großen Pleuelauge 11 auf der Kurbelwelle 32. In dem kleinen Pleuelauge 10 des Pleuels 1 sitzt ein Kolbenbolzen 37, über den ein Kolben 33 schwenkbar mit dem Pleuel 1 verbunden ist. Der Kolben 33 ist somit über den Pleuel 1 in einer Zylinderbohrung 35 eines Zylinderrohres 34 oszillierend angetrieben. In dem Zylinderrohr 34 ist ein Kühlwassermantel 36 zur Kühlung vorgesehen.
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In 4 ist die sogenannte Pleuelgeige 31 dargestellt. Diese zeigt den erforderlichen Freiraum bzw. Bewegungsraum des Pleuels 1, wenn dieser durch eine vollständige Drehung der Kurbelwelle 32 bewegt wird. Zum Verstellen des Verbindungselements 9 ist in einem Kurbelraum 30, in dem die Kurbelwelle 32 angeordnet ist, eine Verstelleinrichtung 25 (5) angeordnet. Die Verstelleinrichtung 25 ist verstellbar an einem gegenüber dem Pleuel 1 ortsfesten Bauteil der Hubkolbenmaschine 29 angeordnet. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung 25 am Kurbelgehäuse 28 im Bereich des Kurbelraums 30 angeordnet, wie dies durch den Pfeil dargestellt ist. Grundsätzlich ist jedoch auch eine andere Position denkbar.
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Wie in den 5 und 6 schematisch dargestellt, weist die Verstelleinrichtung 25 einen Verstellvorsprung 26 auf, der mit mindestens einem radial vorstehenden Flügel 37 der Verstellmittel am Verbindungselement 9 zusammenwirkt.
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Der Verstellvorsprung 26 greift in die oszillierende Bewegung des Pleuels 1 bzw. in die Pleuelgeige 31 zeitweise ein. Die Verstelleinrichtung 25 kann hierbei derart verstellt werden, dass der Verstellvorsprung 26 zeitweise in die Pleuelgeige 31 eingreift und auch wieder aus dieser entfernt werden kann.
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Der Verstellvorsprung 26 weist eine schräg zum Bewegungspfad P des zumindest einen Flügels 37 des Pleuels 1 verlaufende Verstellfläche 27 auf. Somit wird gewährleistet, dass zeitweise ein Kontakt zwischen dem Verstellvorsprung 26 und dem Flügel 37 besteht, wobei der Flügel 37 quer zum Bewegungspfad P des Pleuels 1 bzw. des Flügels 37 bewegt wird. Diese Querbewegung bewirkt eine Drehung des Verbindungselements 9 um die Längsachse L des Pleuels 1. Der Verstellvorsprung 26 verstellt somit über einen bestimmten Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle 32 das Verbindungselement 9.
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Die Verstelleinrichtung 25 kann zwei Verstellvorsprünge 26, 26' aufweisen, die gegensinnig zum Bewegungspfad P des Pleuels 1 schräg verlaufende Verstellflächen 27, 27' aufweisen. Dies bedeutet, dass die Verstellflächen 27, 27' bezogen auf den Bewegungspfad P spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Somit kann der zumindest eine Flügel 37 des Verbindungselements 9 durch Eingriff eines ersten der beiden Verstelleinrichtungen 26 in die eine Drehrichtung bewegt werden und durch Eingriff eines zweiten der beiden Verstelleinrichtungen 26' in die andere Richtung.
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In der in 5 dargestellten Ausführungsform weist das Verbindungselement 9 mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilte Flügel 37 auf, wobei zum Verstellen jeweils einer der Flügel 37 mit einem der Verstellvorsprünge 26, 26' in Eingriff ist. Um zu gewährleisten, dass bei Eingriff eines der Verstellvorsprünge 26, 26' eine Endposition realisiert wird, weist das Verbindungselement 9 an einer Stelle über den Außenumfang eine Fehlstelle auf, die frei von einem Flügel ist.
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7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pleuels, der dem Pleuel gemäß der 1 bis 3 entspricht. Im Unterschied zu dem Pleuel der ersten Ausführungsform weist der Pleuel der zweiten Ausführungsform zwei Verbindungselemente 9 auf, die parallel zur Längsachse L angeordnet sind und somit ein Verdrehen der ersten Pleuelhälfte 5 zur zweiten Pleuelhälfte 6 verhindern. Alle übrigen Elemente des Pleuels 1 sind identisch zum Pleuel der ersten Ausführungsform, sodass an dieser Stelle auf das zur ersten Ausführungsform Gesagte verwiesen wird. Alle übereinstimmenden Bauteile mit der ersten Ausführungsform sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuel
- 2
- Pleuelkopf
- 3
- Pleuelfuß
- 4
- Pleuelschaft
- 5
- erste Pleuelhälfte
- 6
- zweite Pleuelhälfte
- 7
- erster Pleuelschaftabschnitt
- 8
- zweiter Pleuelschaftabschnitt
- 9
- Verbindungselement
- 10
- kleines Pleuelauge
- 11
- großes Pleuelauge
- 12
- Pleuellagerdeckel
- 13
- Befestigungsbohrung
- 14
- Befestigungsbohrung
- 15
- erstes Gewinde
- 16
- Gewinde des ersten Pleuelschaftabschnitts
- 17
- zweites Gewinde
- 18
- Gewinde des zweiten Pleuelschaftabschnitts
- 19
- Verstellmittel
- 20
- erste Öffnung
- 21
- zweite Öffnung
- 22
- Verdrehsicherungselement
- 23
- erste Aussparung
- 24
- zweite Aussparung
- 25
- Verstelleinrichtung
- 26,26'
- Verstellvorsprung
- 27,27'
- Verstellfläche
- 28
- Kurbelgehäuse
- 29
- Hubkolbenmaschine
- 30
- Kurbelraum
- 31
- Pleuelgeige
- 32
- Kurbelwelle
- 33
- Kolben
- 34
- Zylinderrohr
- 35
- Zylinderbohrung
- 36
- Kühlwassermantel
- 37
- Flügel
- 38
- Fehlstelle
- L
- Längsachse
- Δl
- Längendifferenz
- P
- Bewegungspfad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1426584 B1 [0006]
- DE 10026634 A1 [0007]
- DE 19757871 A1 [0008]
- DE 3818357 A1 [0009]
