DE4232191C1

DE4232191C1 - Vorrichtung zum Verstellen der Exzentrizität eines exzentrischen Radiallagers

Info

Publication number: DE4232191C1
Application number: DE19924232191
Authority: DE
Inventors: Herbert-David Dipl Ing Knack
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2012-09-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Exzentrizität eines exzentrischen, mit einem in den Ringraum zwischen der zylindrischen Bohrung eines ersten Bauteiles und dem zylindrischen Außenumfang eines zweiten Bauteiles aufgenommenen Exzenterring gebildeten Radiallagers.

In Kolbenmaschinen ist es zum Ändern der Hublage bekannt, exzentrische Radiallager einzusetzen. Dies ist beispielsseise dort notwendig, wo das Verdichtungsverhältnis einer Kolbenbrennkraftmaschine verändert werden soll.

In diesem Zusammenhang zeigt die DE 38 18 357 C2 eine Vorrichtung zum Blockieren der Drehung eines exzentrischen Lagers. Diese Vorrichtung ist zwischen einem Pleuel und einem Kolbenbolzen einer Brennkraftmaschine angeordnet. Die Anordnung der Vorrichtung bedingt, daß die zur Betätigung der Vorrichtung vorgesehenen Ölbahnen sehr lang ausfallen. Zudem laufen die Ölbahnen über mehrere Lager der Brennkraftmaschine, was ebenfalls einen erhöhten Aufwand bedeutet. Bezuglich der Drehung des Kolbenbolzens wird davon ausgegangen, daß diese bei gelöster Blockierung selbsttätig stattfindet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Verstellung der Exzentrizität eines exzentrischen Radiallagers beeinflußt werden kann.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Verstellung wird beeinflußt, indem nach dem Aufheben einer Blockierung der Drehung des Exzenterringes eine Mitnehmervorrichtung Reibschluß zwischen dem Exzenterring und angrenzenden Anlaufflächen herstellt, so daß der Exzenterring von den Anlaufflächen mitgenommen wird. Die Mitnehmervorrichtung ist vorzugsweise als axial zum Radiallager angeordnete Doppelkolbenvorrichtung ausgeführt, deren Kolben bei Druckbeaufschlagung gegen die Anlaufflächen gedruckt werden. Die Druckbeaufschlagung wird durch Kanäle in einem zur Blockierung der Drehung des Exzenterringes dienenden Kolben so gesteuert, daß die Betätigung der Mitnehmervorrichtung in der nicht blockierten Stellung des Exenterringes erfolgt.

Von besonderem Vorteil ist es bei der Erfindung, daß eine die Verstellung beeinflussende Mitnehmervorrichtung automatisch in Betrieb gesetzt wird, sobald die Blockierung der Drehung des Exzenterringes aufgehoben ist, Deshalb sind zur Steuerung der Verstellung weiteren Ölbahnen erforderlich. Weiter kann die Zahl der benötigten Ölbahnen verringert werden, wenn die Schmierung des Radiallagers über die jeweils druckbeaufschlagte Ölbahn erfolgt. Für diesen Fall ist die Ansteuerung in besonders einfacher Weise durch ein einziges Umschaltventil darstellbar. Die stete Druckbeaufschlagung der die Blockierung bewirkenden Blockiervorrichtung hält dann die Blockiervorrichtung immer in einer definierten Stellung. Durch die axiale Anordnung der Mitnehmervorrichtung arbeitet diese weitgehend unabhängig von den auftretenden Fliehkräften. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen unteren Abschnitt eines Pleuels mit einem exzentrischen Radiallager in einer Ansicht von vorn,

Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Pleuel nach Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4,

Fig. 6 eine Ansicht eines Kolbens nach Fig. 2 und

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Pleuel 1 ist auf einem Kurbelwellenzapfen 2 durch ein exzentrisches Radiallager 3 drehbar gehalten. Der Kurbelwellenzapfen 2 ist mit Ölbahnen 4 versehen. Das Radiallager 3 besteht aus dem als ersten Lagerring wirkenden Pleuel 1 und dem als zweiten Lagerring wirkenden Kurbelwellenzapfen 2, zwischen denen drehbar ein Exzenterring 5 angeordnet ist.

Der Exzenterring 5 besteht seinerseits aus zwei miteinander verbundenen Halbringen 6 und 7, die je eine in Fig. 2 und 3 näher gezeigte Bohrung 8 und 9 aufweisen. Die Bohrungen 8, 9 enthalten Kolben 10, 11 und 12 und sind durch Überströmkanäle 13, 14 verbunden. Die erste Bohrung 8 ist endseitig durch Deckel 15 verschlossen.

Das Pleuel 1 ist, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, innenseitig der den Exzenterring 5 aufnehmenden Bohrung mit einem Steg 16 versehen, der seinerseits zwei Ausnehmungen 17, 18 aufweist. Die Ausnehmungen 17, 18 sind um einen Winkel α zueinander versetzt an unterschiedlichen Seiten des Steges 16 angeordnet und mit dem Radius R2 zylindrisch sowie koaxial zur Lagerachse ausgebildet. Der Innenradius des Steges 16 ist mit R1 bezeichnet.

In der Ansicht des ersten Kolbens 10 nach Fig. 6 ist gezeigt, daß der Kolben 10 eine zylindrische Kontur mit dem Radius R2 aufweist. Er ist mit einer in Fig. 7 gezeigten balligen Ausnehmung 19 versehen, die auf halber Höhe des Kolbens 10 angeordnet ist und deren Außenkontur durch einen Kreisbogen mit dem Radius R1 beschrieben ist. Die Ausnehmung 19 ist um etwas mehr als der Durchmesser eines der Überströmkanäle 13, 14 breiter als der Steg 16.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß der Exzenterring 5 eine Nut 20 aufweist, die ebenso breit wie der Steg 16 ist. In diese Nut 20 greift der Steg 16 ein und führt damit den Exzenterring 5 in axialer Richtung. Durch die Nut 20 hindurch ragt der Steg 16 auch in die erste Bohrung 8 und in die Ausnehmung 19 des dort gelagerten Kolbens 10. Da die Ausnehmung 19 und der Steg 16 dieselbe Kontur haben, ist der Kolben 10 gegenüber dem Steg 16 verdrehgesichert. In der gezeigten Stellung greift der Kolben 10 in die erste Ausnehmung 17 des Steges 16 ein und stellt eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Pleuel 1 und dem Exzenterring 5 her.

Durch den Kolben 10 werden in Verbindung mit den Deckeln 15 in der Bohrung 8 zwei Kammern 21, 22 (Fig. 3) gebildet. In diese Kammern 21, 22 münden Abzweige der Ölbahnen 4. Fig. 3 zeigt den Kolben 10 in der gleichen Stellung wie in Fig. 2. Im Kolben 10 sind Kanäle 23, 24 angeordnet, die in jeweils einer Stellung des Kolbens mit den Überströmkanälen 13, 14 fluchten und dann eine Verbindung zwischen der Kammer 21 oder der Kammer 22 und einer zwischen den Kolben 11 und 12 gebildeten Kammer 25 herstellen. Ablaufbohrungen 26, 27 in den Kolben 11, 12 führen von der Kammer 25 nach außen; die Bohrungen 26, 27 sind im Querschnitt deutlich kleiner als die Überströmkanäle 13, 14, die Kanäle 23, 24 und die Ölbahnen 4. Die Kolben 11 und 12 sind durch eine Rückholfeder 29 miteinander verbunden.

Die gesamte Anordnung wird seitlich durch Kurbelwangen 28 begrenzt die mit dem Kurbelzapfen 1 drehfest verbunden sind. Der Kolben 10 bildet in Verbindung mit den Ausnehmungen 17, 18 eine Sperreinrichtung 30, die zwischen dem Pleuel 1 und dem Exzenterring 5 Formschluß herstellt und so die Drehung des Exzenterringes 5 gegenüber dem Pleuel 1 blockiert. Die Kolben 11 und 12 wirken als Mitnehmervorrichtung 31, indem sie bei druckbeaufschlagter Kammer 25 gegen die Anlaufflächen 28 gedrückt werden und Reibschluß zu den Anlaufflächen 28 herstellen, so daß der Exzenterring 5 von den Anlaufflächen 28 mitgenommen werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkt wie folgt:

Für die Verstellung des Exzenterringes 5 wird in der in Fig. 1 dargestellten Stellung die Kammer 22 über die zweite Ölbahn 4′′ mit Drucköl beaufschlagt. Dadurch wird der Kolben 10 aus der Ausnehmung 17 im Steg 16 geschoben und so die formschlüssige Verbindung zwischen Exzenterring 5 und Steg 16 gelöst. Der Kolben 10 wird verschoben, bis die Kante der Ausnehmung 18 am Steg 16 anliegt. Da die Ausnehmung 18 mit dem Radius R1 ballig ausgeführt ist, wird eine Verdrehung des Kolbens 10 gegenüber dem Steg 16 verhindert. In dieser Stellung fluchtet der Kanal 24 im Kolben 10 mit der Überströmbohrung 14 im Exzenterring 5 und die Kammer 25 zwischen den Kolben 11 und 12 wird über diese ebenfalls mit Drucköl beaufschlagt. Der Kanal 23 und die Überströmbohrung 13 fluchten, bedingt durch die um zumindest den Durchmesser der Überströmkanäle 13, 14 breiter als der Steg 16 ausgeführte Ausnehmung 18, nicht, so daß hier kein hydraulischer Kurzschluß auftreten kann. Die Kolben 11 und 12 werden auseinandergeschoben und gegen die Kurbelwangen 28 gedrückt. Durch die Reibkraft zwischen den Kolben 11, 12 und den Kurbelwangen 28 wird der Exzenterring 5 gegenüber dem Pleuel 1 verdreht, bis nach einer Drehung um den Winkel α der Kolben 10 in der Ausnehmung 17 einrastet und so der Exzenterring 5 wiederum gegenüber dem Pleuel 1 fixiert ist. Da die Überströmbohrungen 14 und der Kanal 24 nach dem Einrasten nicht mehr fluchten, wird die Kammer 25 nicht mehr mit Drucköl beaufschlagt. Sofern notwendig werden die Kolben 11, 12 durch die Rückholfeder 29 wieder zusammengezogen. Das Öl in der Kammer 25 kann entweder über Leckage oder über die Ablaufbohrungen 26, 27 in den Kolben 11, 12 entweichen.

Für die Verstellung in die Ausgangsposition wird über die erste Ölbahn 4′ in der Kurbelwelle die Kammer 21 mit Drucköl beaufschlagt. Nachdem der Kolben 10 an den Steg 16 verschoben ist und dort anliegt, fluchtet nun, bedingt durch die um zumindest den Durchmesser der Überströmkanäle 13, 14 breiter als der Steg 16 ausgeführte Ausnehmung 18, der Kanal 23 und die Überströmbohrung 13. Ansonsten läuft der Verstellvorgang wie zuvor beschrieben ab.

Die Schmierung des Radiallagers 3 erfolgt über die jeweils mit Öldruck beaufschlagte Ölbahn 4. Gleichzeitig ist hiermit immer eine der Kammern 21, 22 druckbeaufschlagt und der Kolben 10 nach einem Verstellvorgang in einer seiner beiden Stellungen fixiert.

Claims

1. Vorrichtung zum Verstellen der Exzentrizität eines exzentrischen, mit einem in dem Ringraum zwischen der zylindrischen Bohrung eines ersten Bauteils (1) und dem zylindrischen Außenumfang eines zweiten Bauteils (2) aufgenommenen Exzenterring (5) gebildeten Radiallagers (3) durch Verdrehen des Exzenterrings (5), mit einer hydraulisch schaltbaren, zwischen einem der beiden Bauteile (1, 2) und dem Exzenterring (5) wirkenden Sperreinrichtung (30) zum wahlweisen Blockieren der Verdrehung des Exzenterrings (5) bezüglich diesem einen Bauteil (1) in unterschiedlichen Verdrehpositionen oder zum Freigeben der Verdrehung, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der beiden Bauteile (2) drehfest mit den beiden Stirnflächen des Exzenterrings (5) in axialem Abstand gegenüberliegenden Anlaufflächen (28) verbunden ist und daß eine hydraulisch schaltbare Mitnehmervorrichtung (31) vorgesehen ist, die bewirkt, daß der Exzenterring (5) bei ausgerückter, die Verdrehung des Exzenterrings (5) freigebender Sperreinrichtung (30), von den Anlaufflächen (28) mitgenommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (30) zwischen dem Exzenterring (5) und dem einen der beiden Bauteile in vorgegebenen Winkellagen Formschluß herstellt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (30) zwei stabile eingerückte Lagen und eine instabile ausgerückte Lage aufweist, wobei sie bei Beaufschlagung mit der Schaltkraft aus der ersten stabilen Lage in die instabile Lage übergeht und bei Erereichen der nächsten vorgegebenen Winkellage in die zweite stabile Lage übergeht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmervorrichtung (31) Reibschluß zwischen dem Exzenterring (5) und den Anlaufflächen (28) herstellt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmervorrichtung und die Sperreinrichtung axial zur Drehachse des exzentrischen Lagers (3) verschiebbare sperrende bzw. mitnehmende Bauteile (11, 12) aufweisen.

6. Vorrichtung zum Verstellen der Exzentrizität eines exzentrischen, mit einem in dem Ringraum zwischen der zylindrischen Bohrung eines ersten Bauteils (1) und dem zylindrischen Außenumfang eines zweiten Bauteils (2) aufgenommenen Exzenterring (5) gebildeten Radiallagers (3) durch Verdrehen des Exzenterrings (5), mit einer hydraulisch schaltbaren, zwischen einem der beiden Bauteile (1, 2) und dem Exzenterring (5) wirkenden Sperreinrichtung (30) zum wahlweisen Blockieren der Verdrehung des Exzenterrings (5) bezüglich diesem einen Bauteil (1) in unterschiedlichen Verdrehpositionen oder zum Freigeben der Verdrehung, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der beiden Bauteile (2) drehfest mit den beiden Stirnflächen des Exzenterrings in axialem Abstand gegenüberliegenden Anlaufflächen (28) verbunden ist und daß eine hydraulisch schaltbare Mitnehmervorrichtung (31) vorgesehen ist, die bewirkt, daß der Exzenterring (5) bei ausgerückter, die Verdrehung des Exzenterrings (5) freigebender Sperreinrichtung (30), von den Anlaufflächen (28) mitgenommen wird, wobei

- der Exzenterring (5) mit zwei parallel zu seiner Drehachse verlaufenden Bohrungen (8, 9) versehen ist und eine am Unfang umlaufende Nut (20) aufweist, die zumindest die eine der beiden Bohrungen (8) anschneidet,
- diese Bohrungen (8, 9) durch einen ersten und einen zweiten Überströmkanal (13, 14) miteinander verbunden sind,
- korrespondierend zur umlaufenden Nut (20) am Exzenterring (5) an dem zuvorgenannten einen der beiden Bauteile (1) ein umlaufender Steg vorgesehen ist, der in die Nut (20) eingreift und zumindest bis in die zuvorgenannte eine der Bohrungen (8) reicht,
- der Steg (16) mit Ausnehmungen (17, 18) versehen ist, die in Umfangsrichtung des Steges sich abwechselnd an seinen Seitenflächen angeordnet sind,
- die zuvorgenannte eine der beiden Bohrungen (8) endseitig verschlossen ist und einen ersten Kolben (10) aufnimmt, der diese Bohrung (8) in eine erste und eine zweite Kammer (21, 22) aufteilt,
- zwei getrennte Druckmittelkanäle (4′, 4′′) von einer Druckmittelquelle über das andere der beiden Bauteile (2) zur ersten (21) und zur zweiten (22) Kammer führen,
- sich in der anderen (9) der beiden Bohrungen, die endseits offen ausgebildet ist, zwei weitere Kolben (11, 12) aufgenommen sind, die zwischen sich eine dritte Kammer (25) abschließen,
- die beiden weiteren Kolben (11, 12) durch eine Zugfeder (19) miteinander verbunden sind,
- der Steg (16) in den ersten Kolben (10) eingreift, der dazu eine der Kontur des Steges (16) entsprechende Eingriffs- Ausnehmung aufweist, so daß der erste Kolben (10) gegenüber dem Steg (16) verdrehgesichert ist,
- der erste Kolben (10) mit den Ausnehmungen (17, 18) am Steg (16) in Eingriff bringbar ist,
- der erste Kolben (10) einen ersten (23) und einen zweiten (24) Kanal aufweist, und wobei
- in einer ersten Stellung des ersten Kolbens (10) die erste Kammer (21) über den ersten Kanal (23) und den ersten Überströmkanal (13) mit der dritten Kammer (25) verbunden ist und in einer zweiten Stellung des ersten Kolbens (10) die zweite Kammer (21) über den zweiten Kanal (23) und den zweiten Überströmkanal (13) mit der dritten Kammer (25) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel ein Schmieröl ist und die Schmierung des Radiallagers (3) über den jeweils mit Druckmittel beaufschlagten Druckmittelkanal (4′, 4′′) erfolgt.