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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Pleuel zur Verstellung einer effektiven Pleuellänge, und eine Brennkraftmaschine mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis mit einem solchen Pleuel.
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Stand der Technik
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Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes „Klopfen“ der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen“ auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuellänge bekannt, welche mit Hilfe von hydraulischen Umschaltventilen eine Exzenter-Verstelleinrichtung eines Pleuels betätigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Pleuel mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung mit Hydraulikkolben zu schaffen, dessen Dichtsystem unempfindlicher gegen Druckstöße ist und eine geringe Leckage der Hydraulikkolben aufweist.
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Eine weitere Aufgabe ist es, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Pleuel anzugeben.
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung vorgeschlagen, umfassend ein Hublagerauge zur Anbindung des Pleuels an eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, ein Pleuellagerauge zur Anbindung des Pleuels an einen Zylinderkolben der Brennkraftmaschine, und eine Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Die Exzenter-Verstelleinrichtung weist einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden und drehfest verbundenen Exzenter auf, in welchem ein Kolbenbolzen des Zylinderkolbens aufgenommen ist. Die Exzenter-Verstelleinrichtung weist zwei Hydraulikkammern mit jeweils einem Kolben auf, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange gelenkig verbunden ist. Dabei weist der Kolben an einer Außenseite wenigstens eine erste umlaufende Ausnehmung auf, in welcher ein Dichtelement angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß weist der Kolben wenigstens eine zweite Ausnehmung auf, wobei in der ersten Ausnehmung und in der zweiten Ausnehmung jeweils ein Metallring als Dichtelement angeordnet ist.
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Vorteilhaft kann zwei Metallringe die Abdichtung des Kolbens in der Zylinderbohrung des Hydraulikzylinders gewährleisten. Metallringe sind stabil und können eventuell auftretenden Druckstößen, welche in der Hydraulikflüssigkeit beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine auftreten können, günstig aufnehmen. Vorzeitiger Verschleiß des Dichtelements, welcher zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer der Exzenter-Verstelleinrichtung führen könnten, kann so vermieden werden. Durch Wahl einer geeigneten Vorspannung der Metallringe gegen eine Innenwand der Zylinderbohrung kann eine günstige Abdichtwirkung des Kolbens bei genügender Reibungsarmut für einen effizienten Betrieb des Pleuels erreicht werden. Auch kann eine Montage der Dichtelemente durch einfaches Aufschieben auf den Kolben über eine konusförmige Vorrichtung zweckmäßig stattfinden. Dazu können die Metallringe auch vorteilhaft geschlitzt ausgebildet sein, was die Montage sowie das Einstellen einer geeigneten Vorspannung weiter vereinfacht.
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Die üblicherweise bei Kolben von Exzenter-Verstelleinrichtungen verwendeten Dichtelemente in Form von Dichtringen sind im Betrieb hohen Belastungen durch den Hydraulikdruck und auftretende Kavitation der Hydraulikflüssigkeit ausgesetzt, die unter Umständen auf lange Sicht zum Ausfall der Dichtelemente führen können. Ein Dichtelement ist allerdings für den Betrieb der Exzenter-Verstelleinrichtung erforderlich, da das Spiel zwischen Kolben und Hydraulikkammer relativ groß gewählt werden muss, damit es bei starker Verformung der Hydraulikkammer nicht zu einem Klemmen des Kolbens in der Hydraulikkammer kommt. Dadurch wäre die Leckage ohne Dichtelement allerdings viel zu groß. Außerdem soll das Luftansaugen beim Umschalten der Exzenter-Verstelleinrichtung auf der drucklosen Seite der Exzenter-Verstellung verhindert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann ein Sicherungselement vorgesehen sein, mittels welchem die Metallringe in einer festen Winkelposition auf einem Umfang des Kolbens fixiert sind. Eine solche Sicherung der Metallringe gegen ein Verdrehen im Betrieb des Kolbens ist besonders vorteilhaft, wenn die Metallringe mit Stößen ausgebildet sind, welche bei der Montage in Umfangsrichtung versetzt gegeneinander angeordnet werden, um die Leckage des Kolbens möglichst gering zu halten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann das Sicherungselement als Stift ausgebildet sein, welcher in einer radialen Bohrung des Kolbens angeordnet ist. Weiter können die Metallringe eine korrespondierende seitliche Aussparung auf einem Umfang des Metallrings in Richtung einer Längsachse des Kolbens aufweisen, in welche der Stift eingreift, sodass die Metallringe in einer festen Winkelposition auf einem Umfang des Kolbens fixiert sind. Ein Stift als Sicherungselement, der gleichzeitig mit den Metallringen verzahnt ist, stellt eine sehr zuverlässige Art der Sicherung gegen Verdrehen der Metallringe im Betrieb des Kolbens dar. Auch ist so ein Sicherungselement auf einfache Weise zu montieren. Die Verzahnung kann beispielsweise auf einfache Weise durch Anbringen der Bohrung in den Kolben bei montierten Metallringen erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann das Sicherungselement mit dem Metallring oder mit dem Kolben verbunden sein. Mittels eines solchen mit dem Metallring oder mit dem Kolben verbundenen Sicherungselement kann auf ein zusätzliches Bauteil verzichtet werden. Damit wird auch das Risiko eines Lösens des Sicherungselements im Betrieb umgangen, was zu einem Ausfall der Exzenter-Verstelleinrichtung des Pleuels führen könnte. Die Montage der Metallringe auf dem Kolben kann vereinfacht werden, da ein zusätzlicher Montageschritt entfällt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann das Sicherungselement als seitlicher Fortsatz des Metallrings auf einem Umfang des Metallrings in Richtung einer Längsachse des Kolbens ausgebildet sein, welcher mit einer Aussparung auf einer Außenseite des Kolbens korrespondiert. Alternativ kann das Sicherungselement als seitliche Aussparung des Metallrings auf einem Umfang des Metallrings in Richtung einer Längsachse des Kolbens ausgebildet sein, welche mit einem Fortsatz auf einer Außenseite des Kolbens korrespondiert. Die Sicherung der Metallringe gegen ein Verdrehen im Betrieb kann so über einen einfachen Formschluss zwischen dem Metallring und dem Kolben erreicht werden. Dafür kann der Metallring in seiner seitlichen Begrenzung geeignet geformt sein, während die Ausnehmung im Kolben die korrespondierende Negativ-Form des Sicherungselements aufweist. Alternativ ist auch möglich, das Sicherungselement am Kolben anzuordnen und in der seitlichen Begrenzung des Metallrings eine entsprechende Negativ-Form des Sicherungselements vorzusehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann der seitliche Fortsatz zweier benachbarter Metallringe jeweils auf einer axialen Außenseite der benachbarten Metallringe angeordnet sein. Wenn die als Sicherungselement vorgesehenen seitlichen Fortsätze jeweils von den beiden Metallringen wegzeigend angeordnet sind, dann können die beiden Metallringe dicht nebeneinander mit geringem axialen Abstand angeordnet werden, was für die Dichtwirkung der Metallringe von Vorteil ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann der seitliche Fortsatz zweier benachbarter Metallringe jeweils axial hintereinander angeordnet sein. Eine solche Anordnung, bei welcher die seitlichen Fortsätze in einer axialen Richtung angeordnet sind, kann für die Fertigung der Ausnehmungen im Kolben vorteilhaft sein, da der Kolben beispielsweise in einer Aufspannung bearbeitet werden kann. Auch bei einer Fertigungskontrolle, ob die Metallringe wie vorgesehen im Kolben montiert sind, kann diese Art der Anordnung von Vorteil sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann der Kolben eine dritte Ausnehmung aufweisen, in welcher ein weiteres Dichtelement angeordnet sein.
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Dadurch kann eine besonders effektive Abdichtung des Kolbens in der Zylinderbohrung erreicht werden, während auf der anderen Seite die Vorspannung der Metallringe gegen die Innenwand der Zylinderbohrung etwas reduziert werden kann. Dies kann zu einer verminderten Reibung bei der Bewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung beitragen und so die Effizienz der Brennkraftmaschine erhöhen. Das weitere Dichtelement kann günstig als Kunststoffring, beispielsweise aus PTFE, oder als Elastomer-Dichtring ausgebildet sein. Beide Varianten ermöglichen eine effektive Abdichtung des Kolbens in der Zylinderbohrung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann die dritte Ausnehmung von einer Seite eines Kolbenbodens des Kolbens her in Richtung einer Längsachse des Kolbens hinter der ersten Ausnehmung und der zweiten Ausnehmung angeordnet sein. Auf diese Weise können die beiden Metallringe eventuell auftretende Druckstöße der Hydraulikflüssigkeit im Betrieb des Pleuels aufnehmen, während die Dichtung in der dritten Ausnehmung die Druckstöße nicht erfährt und für die besonders effektive Abdichtung des Kolbens sorgen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann das weitere Dichtelement durch ein Federelement zur Vorspannung gegen eine innere Wand der Zylinderbohrung ausgebildet sein. Durch eine geeignete Vorspannung kann die Dichtwirkung des Dichtelements günstig erhöht werden, während gleichzeitig die Reibwirkung des Dichtelements im Betrieb noch geeignet eingestellt werden kann. Dadurch kann die Lebensdauer der Exzenter-Verstelleinrichtung günstig erhöht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann das Federelement als Elastomer-Ring ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Vorspannung eines Kunststoffrings als weiteres Dichtelement geeignet eingestellt werden. Gleichzeitig bleibt eine ausreichende Nachgiebigkeit des Dichtelements durch den Elastomer-Ring im Betrieb erhalten
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels kann der Metallring als Stahlring, und/oder das weitere Dichtelement als Kunststoff-Ring, insbesondere als PTFE-Ring oder als Elastomer-Ring ausgebildet sein. Ein Stahlring weist sowohl gute Verarbeitbarkeit als auch ein robustes Betriebsverhalten zusammen mit einer langen Lebensdauer auf. PTFE-Ringe sind häufig eingesetzte Dichtelemente, da sie eine Abdichtwirkung gepaart mit einer hohen Formstabilität und damit einer langen Lebensdauer aufweisen können. Auch haben PTFE-Ringe gute Gleiteigenschaften, sodass eine geringe Reibwirkung durch das Dichtelement zu erwarten ist. Auf kann PTFE bei höheren Temperaturen eingesetzt werden und ist gegenüber vielen Chemikalien, wie auch gegen Motoröl weitgehend resistent.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels können die Metallringe quer zur Umfangsrichtung der Metallringe auf ihrem Umfang mit einem Schlitz unterbrochen vorgesehen sein. Auf diese Weise lassen sich Metallringe durch Aufschieben mittels einer Konus-Form auf dem Kolben in der Ausnehmung günstig montieren. Auch kann der Metallring dadurch mit einem leicht größeren Durchmesser als der Außenumfang des Kolbens vorgespannt montieren, sodass er sich an eine Innenwand der Zylinderbohrung anschmiegen kann. Dadurch lässt sich eine gute Dichtwirkung des Metallrings erreichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels können die Schlitze von Metallringen, welche gemeinsam auf einem Kolben angeordnet sind, in einer Umfangsrichtung versetzt angeordnet sein. Insbesondere können die Schlitze um 180° versetzt angeordnet sein. Durch die versetzte Anordnung kann die Leckage des Kolbens günstig reduziert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Pleuels können die Metallringe zur Vorspannung gegen eine innere Wand der Zylinderbohrung ausgebildet sein. Die Metallringe können dadurch mit einem leicht größeren Durchmesser als der Außenumfang des Kolbens vorgespannt montiert werden, sodass sie sich an eine Innenwand der Zylinderbohrung anschmiegen können. Dadurch lässt sich eine gute Dichtwirkung der Metallringe erreichen. Insgesamt kann so die Leckage des Kolbens in der Zylinderbohrung geeignet reduziert werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis mit wenigstens einem Pleuel vorgeschlagen. Dabei kann vorteilhaft ein Pleuel wie vorstehend beschrieben verwendet werden, um auf günstige Weise eine Exzenter-Verstelleinrichtung zu realisieren, und dadurch einen vorteilhaften Verbrennungsprozess und damit Kraftstoffverbrauch in der Brennkraftmaschine umzusetzen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
- 1 ein bekanntes Pleuel im Längsschnitt;
- 2 einen Kolben eines erfindungsgemäßen Pleuels gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt;
- 3 den Kolben aus 2 in isometrischer Ansicht;
- 4 eine Anordnung von Dichtelementen nach dem Ausführungsbeispiel in 2 in isometrischer Ansicht;
- 5 einen Kolben eines erfindungsgemäßen Pleuels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt;
- 6 den Kolben aus 5 in isometrischer Ansicht;
- 7 eine Anordnung von Dichtelementen nach dem Ausführungsbeispiel in 5 in isometrischer Ansicht;
- 8 einen Kolben eines erfindungsgemäßen Pleuels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt;
- 9 einen Kolben eines erfindungsgemäßen Pleuels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in isometrischer Ansicht;
- 10 den Kolben nach 9 in einem Längsschnitt; und
- 11 den Kolben nach 9 in isometrischer Ansicht, wobei das erste Dichtelement entfernt ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt in schematischer Darstellung beispielhaft ein bekanntes Pleuel 1 für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung 2 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, welche als Abstand der Mittelachse eines Hublagerauges 12 von der Mittelachse der Bohrung eines Exzenters 4 definiert ist. Die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 weist den mit einem einteiligen oder mehrteiligen Exzenterhebel 3 zusammenwirkenden Exzenter 4 auf, in welchem ein nicht dargestellter Kolbenbolzen eines Zylinderkolbens aufnehmbar ist. Ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 ist mittels eines Umschaltventils 5 verstellbar.
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Eine Verdrehung der verstellbaren Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wird durch Einwirken von Massenkräften und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung oder Verstellbewegung wird durch einen oder mehrere mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl, beaufschlagte, im Pleuel 1 integrierte Kolben 6, 7 unterstützt, bzw. die Kolben 6, 7 verhindern ein Rückstellen der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirkenden Kräfte.
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Die Kolben 6, 7 sind jeweils in einer Zylinderbohrung 8, 9 eines Hydraulikzylinders 14, 15 des Pleuels 1 verschiebbar geführt und mit Stützstangen 10, 11 verbunden, welche ihrerseits mit dem Exzenterhebel 3 gelenkig verbunden sind. Beispielhaft sind die Stützstangen 10, 11 der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 über Zylinderrollen 46, 47 mit dem Exzenterhebel 3 verbunden.
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Der Pleuel 1 weist das Hublagerauge 12 zur Anbindung des Pleuels 1 an eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine sowie ein Pleuellagerauge 13 zur Anbindung des Pleuels 1 an den Zylinderkolben der Brennkraftmaschine auf.
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Die Kolben 6, 7 sind in durch die Zylinderbohrungen 8, 9 gebildete Zylinder 14, 15 als Hydraulikkammern verschiebbar angeordnet und über Zuläufe 16, 17 von dem Hublagerauge 12 aus mit Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Motoröl über Rückschlagventile 18, 19 beaufschlagt. Diese verhindern dabei ein Rückfließen der Hydraulikflüssigkeit aus den Hydraulikkammern 14, 15 zurück in die Zuläufe 16, 17, ermöglichen jedoch ein Nachsaugen von Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammern 14, 15.
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Die Hydraulikkammern 14, 15 sind weiter über nicht dargestellte Abläufe mit dem Umschaltventil 5 verbunden, welches als Hydraulikventil oder als mechanisches Ventil ausgebildet sein kann und über eine Ablaufleitung 22 mit dem Hublagerauge 12 verbunden ist.
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Wie ersichtlich ist, weist der Pleuel 1 einen Pleuelkörper 20 und einen daran befestigten Pleueldeckel 21 auf.
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Auf einem Umfang des Hublagerauges 12 ist im Bereich des Pleuelkörpers 20 eine Nut 23 vorgesehen, in welche die Zuläufe 16, 17 sowie die Ablaufleitung 22 münden. Dadurch, dass die Nut 23 nur auf einem Teil des Umfangs des Hublagerauges 12 angeordnet ist, wird auch die Tragfähigkeit des Lagers in dem Hublagerauge 12 möglichst wenig beeinträchtigt.
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Der Aufbau des beschriebenen Pleuels 1 ist nur beispielhaft dargestellt und die erfindungsgemäße Exzenterhebelverbindung kann auch in anderen Ausführungsvarianten eines Pleuels mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung Anwendung finden. So ist es beispielsweise möglich, das Umschaltventil 5 im Bereich des Pleueldeckels 21 anzuordnen. Ferner können die beschriebenen Rückschlagventile 18, 19 im Umschaltventil 5 integriert vorgesehen sein. Auch die hydraulische Versorgung der Hydraulikkammern 14, 15 kann von der beschriebenen Ausführung abweichen.
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Die Stützstange 10, 11 weist jeweils ein Kugelgelenk 24, 25 auf und umfasst einen an der Stützstange 10, 11 angeordneten Kugelkopf 26, 27, der in einer Kugelkopfaufnahme 38, 39 des Kolbens 6, 7 gelagert ist. Der Kugelkopf 26, 27 ist an seiner Außenfläche in der Kugelkopfaufnahme 38, 39 durch Sicherungsmittel gegen Herausgleiten aus der Kugelkopfaufnahme 38, 39 gesichert. Als Sicherungsmittel sind beispielhaft jeweils zwei Stifte 28 vorgesehen. Andere Sicherungsmittel sind im Rahmen der Erfindung denkbar.
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Die Kugelkopfaufnahme 38, 39 umfasst ein gewölbtes Bodenteil, das an die Außenkontur des Kugelkopfs 26, 27 angepasst ist und auf dem der Kugelkopf 26, 27 gleiten kann, um Verkippungen der Stützstange 10, 11 zu ermöglichen.
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Um die Leckage zu minimieren, ist jeweils ein Dichtelement 29, 30, welches in einer umlaufenden Ausnehmung auf einer Kolbenaußenseite des Kolbens 6, 7 angeordnet ist, gegen die Zylinderbohrung 8, 9 vorgespannt.
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Versuche haben gezeigt, dass die Dichtelemente 29, 30 der Kolben 6, 7 hohen Belastungen durch Druck und Kavitation ausgesetzt sind, die zum Ausfall der Dichtelemente 29, 30 führen können. Eine Dichtung der Kolben 6, 7 ist allerdings unumgänglich, da das Spiel zwischen Kolben 6, 7 und Zylinderbohrung 8, 9 relativ groß gewählt werden muss, dass es bei starker Verformung der Kammer nicht zu einem Kolbenklemmer kommt. Ohne Dichtung wäre die Leckage wiederrum zu groß. Ziel der Erfindung ist es daher, das Dichtsystem unempfindlicher gegenüber großen Druckstößen zu gestalten und gleichzeitig die Leckage zu minimieren.
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In den 2 und 3 ist ein Kolben 6 eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, bzw. in isometrischer Ansicht dargestellt.
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Die 2 und 3 zeigen einen Kolben 6 mit einer ersten und einer zweiten umlaufenden Ausnehmung 41, 42 an einer Außenseite 31 des Kolbens 6. In den Ausnehmungen 41, 42, die voneinander beabstandet sind, ist jeweils ein geschlitzter Metallring 43 (z.B. ein Stahlring) als Dichtelement angeordnet. Die Einbaulage der beiden Metallringe 43 ist so gewählt, dass die beiden Stöße um 180° zueinander versetzt angeordnet sind. Ein Sicherungselement 44 beispielsweise in Form eines Stiftes verhindert ein Verdrehen der Metallringe 43. Mittels des Sicherungselements 44 sind die Metallringe 43 in einer festen Winkelposition auf einem Umfang des Kolbens 6 fixiert.
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Das Sicherungselement 44 ist als Stift ausgebildet, welcher in einer radialen Bohrung 48 des Kolbens 6 angeordnet ist. Die Metallringe 43 weisen eine korrespondierende seitliche Aussparung 49 (in 3 zu erkennen) auf einem Umfang des Metallrings 43 in Richtung einer Längsachse L des Kolbens 6, 7 auf, in welche der Stift 44 eingreift, sodass die Metallringe 43 in einer festen Winkelposition auf einem Umfang des Kolbens 6 fixiert sind.
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Die Metallringe 43 können auch vorteilhaft zur Vorspannung gegen eine innere Wand der Zylinderbohrung 8 ausgebildet sein. Dazu kann beispielsweise in der Ausnehmung 41, 42 auf einer radialen Innenseite des Metallrings 43 ein Elastomer-Ring angeordnet werden, auf dem der Metallring 43 aufliegt. Bei geeigneter Bemessung des Elastomer-Rings mit einem leichten Übermaß zum Innendurchmesser des Metallrings 43 kann dadurch eine radial nach außen wirkende Vorspannung des Metallrings 43 bewirkt werden.
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4 zeigt eine Anordnung der Dichtelemente in isometrischer Ansicht. Die beiden Metallringe 43 sind axial übereinander mit einem geringen Abstand angeordnet. Die Metallringe 43 sind quer zur Umfangsrichtung der Metallringe 43 auf ihrem Umfang mit einem Schlitz 45 unterbrochen. Die beiden Schlitze 45 sind in der Umfangsrichtung der Metallringe 43 um 180° gegeneinander versetzt, um die Leckage des Kolbens 6 in der Zylinderbohrung 8 zu reduzieren.
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Der radial in die Bohrung 48 eingeschobene Stift 44 als Sicherungselement greift in die seitlichen Aussparungen 49 in den Metallringen 43 ein. Da die Metallringe 43 in dem Kolben 6 in ihren Ausnehmungen 41, 42 axial fixiert sind, ist eine Verdrehung der Metallringe 43 auf dem Umfang der umlaufenden Ausnehmungen 42, 42 nicht möglich.
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In den 5 und 6 ist ein Kolben 6 eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, bzw. in isometrischer Ansicht dargestellt. Der Kolben 6 weist wie das in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zwei Metallringe 53 auf, die gegen Verdrehen mit einem Sicherungselement 54 gesichert sind. Der radial in die Bohrung 48 eingeschobene Stift 54 als Sicherungselement greift in die seitlichen Aussparungen 59 in den Metallringen 53 ein.
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Der Kolben 6 unterscheidet sich zum Kolben 6 gemäß den 2 und 3 darin, dass eine dritte Ausnehmung 56 vorgesehen ist, in welcher ein weiteres Dichtelement 55 in Form eines PTFE-Ringes 55 oder eines Elastomer-Ringes 55 angeordnet ist. Die dritte Ausnehmung 56 ist von einer Seite eines Kolbenbodens 32 des Kolbens 6 her in Richtung der Längsachse L des Kolbens 6 hinter der ersten Ausnehmung 41 und der zweiten Ausnehmung 42 angeordnet. Damit sind die Metallringe 53 auf der druckzugewandten Seite des Kolbens 6 angeordnet und können eventuelle Druckstöße der Hydraulikflüssigkeit abfangen, sodass das weitere Dichtelement 55 vor den Druckstößen geschützt ist. Dadurch kann die Lebensdauer des weiteren Dichtelements 55 vergrößert werden.
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7 zeigt die entsprechende Anordnung der Dichtelemente 53, 55 in isometrischer Ansicht. Die Anordnung der Metallringe 53 mit dem Sicherungselement 54 entspricht der in der 4 dargestellten Anordnung. Das weitere Dichtelement 55 ist in einem geringen axialen Abstand darüber angeordnet.
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In 8 ist ein Kolben 6 eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt dargestellt. Der Kolben 6 weist wie das in den 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel zwei Metallringe 63 auf, die gegen Verdrehen mit einem Sicherungselement 64 gesichert sind. Der radial in die Bohrung 48 eingeschobene Stift 64 als Sicherungselement greift in die seitlichen Aussparungen 69 in den Metallringen 63 ein.
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Der Kolben 6 unterscheidet sich zum Kolben 6 gemäß 5 darin, dass das weitere Dichtelement 65 durch ein Federelement 67 zur Vorspannung gegen eine innere Wand der Zylinderbohrung 8 ausgebildet ist. Das Federelement 67 kann beispielsweise als Elastomer-Ring ausgebildet sein. So kann die nötige Kraft zum Vorspannen des als Kunststoff-Ring ausgebildeten weiteren Dichtelements 65 aufgebracht werden. Gleichzeitig behält das Dichtelement 65 die nötige Elastizität, um sein Dichtfunktion günstig auszuführen.
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Die 9 und 10 zeigen einen Kolben 6 eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in isometrischer Ansicht, bzw. in einem Längsschnitt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sicherungselement 74 mit dem Metallring 73 verbunden. Das Sicherungselement 74 ist als seitlicher Fortsatz des Metallrings 73 auf einem Umfang des Metallrings 73 in Richtung der Längsachse L des Kolbens 6 ausgebildet, welcher mit einer Aussparung 77 auf der Außenseite 31 des Kolbens 6, welche mit der Ausnehmung 71, 72 verbunden ist, korrespondiert und in diese nach erfolgter Montage des Metallrings 73 in der Ausnehmung 71, 72 eingreifen kann. Der seitliche Fortsatz 74 der zwei benachbarten Metallringe 73 ist jeweils auf der axialen Außenseite der benachbarten Metallringe 73 angeordnet. Die seitlichen Fortsätze 74 der zwei benachbarten Metallringe 73 sind jeweils in der axialen Richtung L hintereinander angeordnet.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das Sicherungselement 74 mit dem Kolben 6 verbunden sein. In dieser, nicht dargestellten, Ausführungsform kann das Sicherungselement 74 als seitliche Aussparung des Metallrings 73 auf einem Umfang des Metallrings 73 in Richtung der Längsachse L des Kolbens 6 ausgebildet sein, welche mit einem entsprechenden Fortsatz auf der Außenseite 31 des Kolbens 6 korrespondiert.
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11 zeigt den Kolben 6 nach 9 und 10, wobei das erste Dichtelement 73 entfernt ist. Dabei ist die Form der Ausnehmung 71 für den Metallring 73 mit der Aussparung 77 für die Aufnahme des Sicherungselements 74 zu erkennen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005055199 A1 [0003]
