WO2016154652A1 - Längenverstellbare pleuelstange - Google Patents

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WO2016154652A1
WO2016154652A1 PCT/AT2016/050082 AT2016050082W WO2016154652A1 WO 2016154652 A1 WO2016154652 A1 WO 2016154652A1 AT 2016050082 W AT2016050082 W AT 2016050082W WO 2016154652 A1 WO2016154652 A1 WO 2016154652A1
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bellows
connecting rod
pressure chamber
piston element
rod part
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PCT/AT2016/050082
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French (fr)
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Helmut Melde-Tuczai
Wolfgang Reik
Abdelkarim REDOUANE
Hubert Huemer
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AVL List GmbH
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06—Adjustable connecting-rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/50—Sealings between relatively-movable members, by means of a sealing without relatively-moving surfaces, e.g. fluid-tight sealings for transmitting motion through a wall
    • F16J15/52—Sealings between relatively-movable members, by means of a sealing without relatively-moving surfaces, e.g. fluid-tight sealings for transmitting motion through a wall by means of sealing bellows or diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/52—Sealings between relatively-movable members, by means of a sealing without relatively-moving surfaces, e.g. fluid-tight sealings for transmitting motion through a wall by means of sealing bellows or diaphragms
    • F16J15/525—Sealings between relatively-movable members, by means of a sealing without relatively-moving surfaces, e.g. fluid-tight sealings for transmitting motion through a wall by means of sealing bellows or diaphragms fixed to a part of a transmission performing a wobbling or a circular translatory movement

Definitions

  • the invention relates to a length-adjustable connecting rod for a reciprocating engine, in particular for an internal combustion engine, with at least a first rod part and a second rod part, which two rod parts telescopically zoom in and / or into each other, wherein the first rod part a guide cylinder and the second rod part a in Guide cylinder longitudinally displaceable piston member, wherein in the region of a first side of the piston member, a first pressure chamber and in the region of a second side of the piston member, a second pressure chamber is arranged, and wherein at least a first oil passage and in the second pressure chamber at least a second oil passage opens into the first pressure chamber ,
  • a length-adjustable connecting rod with telescopically displaceable rod parts is known, wherein a rod part forms a guide cylinder and the other rod part forms a piston element.
  • the piston element is adjacent to a first pressure area with a first pressure surface and to a second pressure space with a second pressure area facing away from the first pressure area.
  • WO 2013/092 364 AI describes a length-adjustable connecting rod for an internal combustion engine with a first and a second rod part.
  • the two rod parts are telescopically zoomed in and / or into each other, wherein the second rod part forms a guide cylinder and the first rod part forms a longitudinally displaceable in the guide cylinder piston member.
  • a first high pressure chamber is spanned, in which opens at least a first oil passage.
  • connecting rods each with a hydraulic telescopic mechanism for adjusting the connecting rod length are from the documents FR 2 857 408 AI, WO 02/10568 AI, DE 198 35 146 AI, US 4,195,601 A, US 4,124,002 A and US 2,134,995 A known.
  • O-rings or rectangular rings are used for sealing between the piston element and guide cylinder or between the first and second rod part. However, these are exposed to high thermal and mechanical stress, which greatly reduces their life and the service life of the connecting rods.
  • the object of the invention is to enable a good seal and high wear resistance of length-adjustable connecting rods.
  • the first pressure chamber is at least partially formed by a first bellows and the second pressure chamber at least partially by a second bellows, wherein the first bellows and the second bellows are each preferably liquid-tightly connected to the first rod member and the piston member.
  • bellows here refers to a hollow cylindrical or tubular or tubular element made of any material, which in a longitudinal plane shows a shortened over, for example, convolutions cross-section and is so extender and contractible in the axial direction.
  • the bellows has a first and a second opposite end to the first. In a plane normal to said longitudinal plane of the bellows has, for example, a round or polygonal cross-section.
  • first and the second bellows are each connected at one end to the first rod part and in each case at the opposite end to the piston element.
  • first and the second bellows are each liquid-tightly connected to the first rod part and the piston element.
  • moving seals used according to the prior art can be dispensed with and replaced by significantly denser bellows seals. This increases the longevity and tightness of the system.
  • a guide cylinder facing away from the inner circumferential surface of the first bellows an outer wall of the first pressure chamber and an outer circumferential surface of the second bellows facing the guide cylinder forms an inner wall of the second pressure chamber.
  • one of the guide cylinder wall-that is, the guide cylinder limiting, substantially parallel to the connecting rod axis inner wall of the first rod member -facing side of the first bellows an outer wall of the first pressure chamber and the first pressure chamber is formed by the interior of the first bellows.
  • An outer circumferential surface of the second bellows facing the guide cylinder wall forms an inner wall of the second pressure chamber, so that the second pressure chamber is formed between the guide cylinder wall and the outer lateral surface of the second bellows.
  • the pressure oil can be introduced into the first pressure chamber from an end face of the guide cylinder facing the large connecting rod eye.
  • the second pressure chamber, the oil can be supplied directly through the lateral surface of the guide cylinder.
  • Each bellows assumes the function of a sealing device between the first and the second rod part. Sealing elements between relatively movable parts of the connecting rod can thus be omitted.
  • At least one bellows may be formed by a corrugated tube, for example made of stainless steel.
  • the corrugated tube allows on the one hand axial length changes due to the pressure oil supplied to the respective pressure chamber and on the other hand seals in the radial direction the pressure chamber with respect to the first rod part and the second rod part.
  • At least one bellows for example, the first bellows, at least one end of an annular flange, wherein preferably the annular flange is sealed via at least one sealing device against a mating surface of the first rod member and the piston member.
  • the mating surface may be formed, for example, by an end face of the guide cylinder.
  • the sealing devices seal the bellows against the first rod part or against the piston element.
  • the piston element is firmly connected to at least one bellows, preferably welded.
  • the piston element is sealed off via at least one sealing device against a counter surface of the other bellows.
  • Each bellows has - with respect to the first rod part - an immovable end and a movable end, wherein the immovable ends are immovably mounted on the first rod part and the movable ends are displaceable together with the piston member in the guide cylinder.
  • at least one bellows is supported with its movable end on the piston element or is firmly connected to the piston element, preferably welded. At least one of the bellows may be welded to the piston element at a movable end.
  • at least one bellows, preferably the second bellows is clamped at its immovable end to the first rod part.
  • at least one bellows with its immovable end immovably and / or non-rotatably connected to the first rod part.
  • At least one bellows is double-walled, wherein between the inner bellows and an outer bellows a respective pressure chamber forming cavity is arranged.
  • the bellows has an inner bellows and an outer bellows, which are arranged substantially concentrically.
  • the pressure oil is introduced via the oil passages directly into the cavity between the inner bellows and the outer bellows.
  • a buckling of the bellows outward under load or movement in the axial direction is substantially prevented by the guide cylinder surrounding the bellows.
  • at least one lateral guide is arranged within at least one bellows.
  • Lateral guide device here means that movement of the Faltenbalg- walls in the direction of the Faltenbalginneren, ie in a direction normal to the longitudinal axis of the bellows, is prevented by the guide device.
  • FIG. 1 shows a connecting rod according to the invention in a longitudinal section in a first embodiment
  • Fig. 2 shows a connecting rod according to the invention in a longitudinal section in a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a connecting rod 1 which is length-adjustable along the connecting rod axis 1a for an internal combustion engine, wherein the connecting rod 1 comprises a first rod part 2 with a large connecting rod eye not shown for receiving a connecting rod bearing for rotatable connection to a crankshaft and a second rod part 3 with a small connecting rod eye 4 for receiving a piston pin bearing not shown for pivotal connection with a piston.
  • the connecting rod 1 comprises a first rod part 2 with a large connecting rod eye not shown for receiving a connecting rod bearing for rotatable connection to a crankshaft and a second rod part 3 with a small connecting rod eye 4 for receiving a piston pin bearing not shown for pivotal connection with a piston.
  • the connecting rod 1 comprises a first rod part 2 with a large connecting rod eye not shown for receiving a connecting rod bearing for rotatable connection to a crankshaft and a second rod part 3 with a small connecting rod eye 4 for receiving a piston pin bearing not shown for pivotal connection with a piston.
  • First rod part 2 and second rod part 3 are telescopically displaceable relative to each other.
  • the relative displacement takes place in a direction along the connecting rod la.
  • a first pressure chamber 7 and in the region of a second side 6b of the piston element 6 facing away from the first side 6a are formed second pressure chamber 8 is arranged.
  • the first side 6a of the piston element 6 is oriented substantially in the direction of the large connecting rod eye not shown.
  • the second side 6b is oriented substantially in the direction of the small connecting rod 4.
  • the piston element 6 can be formed by the second rod part 3, ie integrally therewith, or - as shown in the figures, by a separate part fixedly connected to the second rod part 3.
  • each pressure chamber 7, 8 opens at least one oil passage 9, 10, whereby the first and the second pressure chamber 7, 8 can be applied in a known manner alternatively with pressure.
  • the control of the pressurization is not the subject of the application.
  • the first pressure chamber 7 is at least partially formed by a first bellows 11 and the second pressure chamber 8 at least partially by a second bellows 12.
  • the first pressure chamber 7 is thus arranged in the interior of the first bellows 11.
  • the second pressure chamber 8 is thus between guide cylinder wall and outer lateral surface 14 of the second Bellows 12 formed.
  • the bellows 11, 12 are made of stainless steel, for example. This allows a change in length of the bellows 11, 12 under the action of an axial force.
  • Each bellows 11, 12 has - with respect to the first rod part 2 - a stationary end I Ia, 12a and a movable end I Ib, 12b.
  • the immovable ends I Ia, 12a are immovably and / or non-rotatably connected to the first rod part 2.
  • the movable ends 11b, 12b are displaceable together with the piston element 6 in the guide cylinder 5.
  • the movable ends 11b, 12b can be axially supported on the piston element 6 or fixedly connected to the piston element 6, for example by welding.
  • first and second bellows 11, 12 are formed by simple corrugated tubes made of stainless steel.
  • the corrugated pipes are as thin-walled as possible in order to achieve high resistance with high elastic deformability.
  • the immovable end 11a of the first bellows 11 is fixedly connected to a first annular flange 15, which is fastened to the first rod part 2 by means of a first screw 16.
  • the connection takes place at the bottom, the large connecting rod eye (not shown) facing the end of the guide cylinder 5, or on the oriented in the direction of the large connecting rod end face of the guide cylinder 5.
  • connection between the annular flange 15 and the first bellows 11 may for example be a welded joint , Between the first rod part 2 (or the large connecting rod eye not shown) facing side of the annular flange 15 and the first rod part 2, a static first sealing means 17 is arranged.
  • the first annular flange 15 has at least one oil hole 15 a for the flow connection of the first oil channel 9 with the first pressure chamber 7.
  • the first pressure chamber 7 is clamped in Fig. 1 by the inner circumferential surface 13 of the bellows 11, the piston member 6 and its first side 6a) and the first annular flange 15.
  • the movable end I Ib of the first bellows 11 is fixedly connected to the piston member 6, for example, welded.
  • the second bellows 12 has at its immovable end 12a an annular fold-like thickening 18, which is clamped between the first rod part 2 and a fastening sleeve 19.
  • the fold-like thickening 18 is conically extending, in the direction of the small connecting rod 4 thinner becoming executed.
  • the mounting sleeve 19 is pressed by a clamping screw 20 (which is hollow and is carried out by the second rod part 3) against the second bellows 12 and its fold-like thickening 18 and prevents axial displacement of the immovable end 12 a of the second bellows 12th Das movable end 12b of the second bellows 12 is clamped between the second rod part 3 and a spacer sleeve 21 which is fixed by a screw 22 on the first rod part 2.
  • Reference numeral 23 designates another static sealing device between the piston element 6 and the movable end 12a of the second bellows.
  • the embodiment shown in Fig. 2 differs from Fig. 1 in that the first bellows 11 is double-walled, wherein between the inner bellows 25 (see FIG. 2) and an outer bellows 24 a first pressure chamber 7 forming cavity 26 is arranged is.
  • the cavity 26 is connected via an opening 28 in the region of the fixed end 11a of the first bellows 11 with a bore 15a in the first annular flange 15 in fluid communication with the first oil channel 9.
  • the fixed end I Ia of the first bellows 11 is fixedly connected to the first annular flange 15, for example, welded.
  • the first annular flange 15 is sealed off from the first rod part 2 by means of a static first sealing device 17.
  • the first bellows 11 also has a second annular flange 27 in the region of the movable end 11b.
  • the second annular flange is connected to the outer bellows 24 and the inner bellows 25 of the first bellows 11 in a fluid-tight and pressure-tight manner, for example by means of a welded connection.
  • the piston element 6 bears against the second annular flange 27 on the side facing away from the first bellows 11 or the large connecting rod eye, wherein a second sealing device 28 is arranged between the second annular flange 27 and the piston element 6.
  • At least one lateral guide device 32, 33, 34, 35 can be arranged within the first bellows 11 and / or within the second bellows 12 .
  • the guide device 32 is designed as a separate guide sleeve.
  • cylindrical projections of the first annular flange 15 or of the piston element 6 can also form lateral guide devices, in particular for the first bellows 11, as indicated by reference numeral 33 and 34 is indicated.
  • a cylindrical region of the second rod part 3 adjoining the piston element 6 can also form a guide device 35 for the second bellows 12.
  • the flange-like thickened movable end 12b of the second bellows 12 is liquid-and pressure-tight, for example, by a welded connection to the piston member 6.
  • the second pressure chamber 8 is formed by the outside of the second bellows 12, the guide cylinder 5 (in particular the guide cylinder wall) and the piston member 6 (in particular its second side 6b).
  • the second oil passage 10 opens.
  • the immovable end 12 a of the bellows 12 has a fold-like, annular thickening 18, which is received by an annular groove 29 in the guide cylinder 5 of the first rod part 2.
  • Reference numeral 30 denotes a stop for limiting the axial stroke movement of the second rod part 3, which stop 30 cooperates with a slot 31 in the first rod part 2.
  • the stop 30, which is formed, for example, by a screw screwed into the first rod part 2, can simultaneously also form an anti-twist device for the fastening sleeve 19.
  • the bellows 11, 12 are resiliently biased by the clamping screw 20, so that the piston member 6 is clamped between the bellows 11, 12 and the sealing means 17, 28, 23 of the annular flanges 15, 27 and the piston member 6 against the respective mating surfaces 17a , 28a, 23a of the first rod part 2, the piston element 6 and the second bellows 12 are pressed.
  • the mating surfaces 17a, 28a, 23a are those surfaces of the first rod part 2, the piston member 6 and the second bellows 12, to which the sealing means 17, 28, 23 sealingly abut.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten Stangenteil (2) und einem zweiten Stangenteil (3), welche beiden Stangenteile (2, 3) teleskopartig zu- und/oder ineinander verschiebbar sind, wobei der erste Stangenteil (2) einen Führungszylinder (5) und der zweite Stangenteil (3) zumindest ein im Führungszylinder (5) längsverschiebbares Kolbenelement (6) aufweist, wobei im Bereich einer ersten Seite (6a) des Kolbenelements (6) ein erster Druckraum (7) und im Bereich einer zweiten Seite (6b) des Kolbenelements (6) ein zweiter Druckraum (8) angeordnet ist, und wobei in den ersten Druckraum (7) zumindest ein erster Ölkanal (9) und in den zweiten Druckraum (8) zumindest ein zweiter Ölkanal (10) einmündet. Um eine gute Abdichtung und hohe Verschleißfestigkeit zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der erste Druckraum (7) zumindest teilweise durch einen ersten Faltenbalg (11) gebildet ist und der zweite Druckraum (8) zumindest teilweise durch einen zweiten Faltenbalg (12) gebildet ist, wobei der erste Faltenbalg (11) und der zweite Faltenbalg (12) jeweils mit dem ersten Stangenteil (2) und dem Kolbenelement (6) verbunden sind.

Description

Längenverstellbare Pleuelstange
Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten Stangenteil und einem zweiten Stangenteil, welche beiden Stangenteile teleskopartig zu- und/oder ineinander verschiebbar sind, wobei der erste Stangenteil einen Führungszylinder und der zweite Stangenteil ein im Führungszylinder längsverschiebbares Kolbenelement aufweist, wobei im Bereich einer ersten Seite des Kolbenelements ein erster Druckraum und im Bereich einer zweiten Seite des Kolbenelements ein zweiter Druckraum angeordnet ist, und wobei in den ersten Druckraum zumindest ein erster Ölkanal und in den zweiten Druckraum zumindest ein zweiter Ölkanal einmündet.
Durch Ändern der Verdichtung einer Brennkraftmaschine kann Volllast mit geringerem Verdichtungsverhältnis, und Teillast und Starten mit erhöhtem Verhältnis gefahren werden. Dabei wird im Teillastbereich der Verbrauch verbessert, beim Start der Kompressionsdruck mit dem erhöhtem Verdichtungsverhältnis gesteigert und bei hoher Leistung der Spitzendruck mit verringertem Verhältnis reduziert, sowie Klopfen verhindert.
Aus der AT 514 071 Bl ist eine längenverstellbare Pleuelstange mit teleskopartig verschiebbaren Stangenteilen bekannt, wobei ein Stangenteil einen Führungszylinder und der andere Stangenteil ein Kolbenelement ausbildet. Das Kolbenelement grenzt mit einer ersten Druckfläche an einen ersten Druckraum und mit einer der ersten Druckfläche abgewandten zweiten Druckfläche an einen zweiten Druckraum. Durch Druckbeaufschlag des ersten Druckraumes bzw. des zweiten Druckraumes kann die Länge der Pleuelstange vergrößert bzw. verkleinert werden.
Auch die Druckschrift US 2,217,721 A offenbart eine Brennkraftmaschine mit einer längenverstellbaren Pleuelstange mit einem ersten und einem zweiten Stangenteil, welche Stangenteile teleskopartig zu - und ineinander verschiebbar sind. Zwischen den beiden Stangenteilen ist ein Hochdruckraum aufgespannt, in den ein Ölkanal einmündet.
Die WO 2013/092 364 AI beschreibt eine längenverstellbare Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine mit einem ersten und einem zweiten Stangenteil. Die beiden Stangenteile sind teleskopartig zu- und/oder ineinander verschiebbar, wobei der zweite Stangenteil einen Führungszylinder und der erste Stangenteil ein im Führungszylinder längsverschiebbares Kolbenelement ausbildet. Zwischen dem ersten und dem zweiten Stangenteil ist ein erster Hochdruckraum aufgespannt, in den zumindest ein erster Ölkanal einmündet.
Weitere Pleuelstangen mit jeweils einem hydraulischen teleskopartigen Mechanismus zur Verstellung der Pleuellänge sind aus den Druckschriften FR 2 857 408 AI, WO 02/10568 AI, DE 198 35 146 AI, US 4 195 601 A, US 4 124 002 A und US 2 134 995 A bekannt.
Zur Abdichtung zwischen Kolbenelement und Führungszylinder bzw. zwischen erstem und zweitem Stangenteil werden üblicherweise O-Ringe oder Rechteckringe eingesetzt. Diese sind allerdings hoher thermischer und mechanischer Belastung ausgesetzt, was ihre Lebensdauer und die Einsatzzeit der Pleuelstangen stark herabsetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gute Abdichtung und hohe Verschleißfestigkeit von längenverstellbaren Pleuelstangen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der erste Druckraum zumindest teilweise durch einen ersten Faltenbalg und der zweite Druckraum zumindest teilweise durch einen zweiten Faltenbalg gebildet sind, wobei der erste Faltenbalg und der zweite Faltenbalg jeweils vorzugsweise flüssigkeitsdichtmit dem ersten Stangenteil und dem Kolbenelement verbunden sind.
Der Begriff "Faltenbalg" bezeichnet hier ein hohlzylinderförmiges bzw. schlauch- oder rohrartiges Element aus einem beliebigen Material, das in einer Längsebene einen über beispielsweise Faltungen verkürzten Querschnitt zeigt und derart in axialer Richtung verlänger- und verkürzbar ist. Der Faltenbalg hat ein erstes und ein dem ersten gegenüberliegendes zweites Ende. In einer Ebene normal zu besagter Längsebene hat der Faltenbalg beispielsweise einen runden oder mehreckigen Querschnitt.
Mit anderen Worten sind der erste und der zweite Faltenbalg jeweils mit einem Ende mit dem ersten Stangenteil und jeweils mit dem gegenüberliegenden Ende mit dem Kolbenelement verbunden. Günstigerweise sind der erste und der zweite Faltenbalg jeweils flüssigkeitsdicht mit dem ersten Stangenteil und dem Kolbenelement verbunden.
Dank der Erfindung können gemäß Stand der Technik verwendete bewegte Dichtungen entfallen und durch deutlich dichtere Faltenbalgdichtungen ersetzt werden. Dadurch werden Langlebigkeit und Dichtigkeit des Systems erhöht.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine dem Führungszylinder abgewandte innere Mantelfläche des ersten Faltenbalges eine äußere Wand des ersten Druckraumes und eine dem Führungszylinder zugewandte äußere Mantelfläche des zweiten Faltenbalges eine innere Wand des zweiten Druckraumes bildet. Mit anderen Worten bildet eine der Führungszylinderwand - also der den Führungszylinder begrenzenden, im Wesentlichen parallel zur Pleuelachse verlaufenden Innenwand des ersten Stangenteils - abgewandte Seite des ersten Faltenbalgs eine äußere Wand des ersten Druckraumes und der erste Druckraum ist durch den Innenraum des ersten Faltenbalgs gebildet.
Eine der Führungszylinderwand zugewandte äußere Mantelfläche des zweiten Faltenbalgs bildet eine innere Wand des zweiten Druckraumes, so dass der zweite Druckraum zwischen Führungszylinderwand und äußerer Mantelfläche des zweiten Faltenbalgs gebildet ist.
Das Drucköl kann in den ersten Druckraum von einer dem großen Pleuelauge zugewandten Stirnseite des Führungszylinders eingebracht werden. Dem zweiten Druckraum kann das Öl direkt über die Mantelfläche des Führungszylinders zugeführt werden.
Jeder Faltenbalg übernimmt dabei die Funktion einer Dichteinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Stangenteil. Dichtelemente zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen der Pleuelstange können somit entfallen.
Zumindest ein Faltenbalg kann durch ein Wellrohr, beispielsweise aus Edelstahl, gebildet sein . Das Wellrohr ermöglicht einerseits axiale Längenänderungen infolge des dem jeweiligen Druckraum zugeführten Drucköls und dichtet andererseits in radialer Richtung den Druckraum gegenüber dem ersten Stangenteil bzw. dem zweiten Stangenteil ab.
Vorzugsweise weist zumindest ein Faltenbalg, beispielsweise der erste Faltenbalg, an zumindest einem Ende einen Ringflansch auf, wobei vorzugsweise der Ringflansch über zumindest eine Dichteinrichtung gegenüber einer Gegenfläche des ersten Stangenteils bzw. des Kolbenelements abgedichtet ist. Die Gegenfläche beispielsweise durch eine Stirnfläche des Führungszylinders gebildet sein. Über den Ringflansch kann der Faltenbalg gegenüber dem ersten Stangenteil bzw. am Kolbenelement abgestützt werden. Die Dichtungseinrichtungen dichten den Faltenbalg gegenüber dem ersten Stangenteil bzw. gegenüber dem Kolbenelement ab. Dabei handelt es sich um nur wenig belastete, rein statische Abdichtungen zwischen relativ zueinander unbeweglichen Teilen. Der Ringflansch ist mit dem Faltenbalg flüssigkeitsdicht und fest verbunden und kann vorzugsweise mit dem Faltenbalg verschweißt sein. Ringflansch und Faltenbalg können als Einheit vorgefertigt und bei der Montage zusammen in den Führungszylinder eingescho- ben werden. Die Verbindung zwischen Faltenbalg und Ringflansch ist dabei bevorzugt an zumindest einem Ende des Faltenbalgs vorgesehen.
In einer Variante der Erfindung ist das Kolbenelement mit zumindest einem Faltenbalg fest verbunden, vorzugsweise verschweißt. In einer weiteren Variante ist das Kolbenelement über zumindest eine Dichtungseinrichtung gegenüber einer Gegenfläche des anderen Faltenbalgs abgedichtet.
Jeder Faltenbalg weist - in Bezug auf den ersten Stangenteil - ein unbewegliches Ende und ein bewegliches Ende auf, wobei die unbeweglichen Enden unverschiebbar am ersten Stangenteil gelagert sind und die beweglichen Enden gemeinsam mit dem Kolbenelement im Führungszylinder verschiebbar sind. In einer Variante der Erfindung stützt sich zumindest ein Faltenbalg mit seinem beweglichen Ende am Kolbenelement ab oder ist fest mit dem Kolbenelement verbunden, vorzugsweise verschweißt. Zumindest einer der Faltenbalge kann an einem beweglichen Ende mit dem Kolbenelement verschweißt sein. In einer weiteren Variante ist zumindest ein Faltenbalg, vorzugsweise der zweite Faltenbalg, an seinem unbeweglichen Ende am ersten Stangenteil eingespannt. Vorteilhafterweise ist zumindest ein Faltenbalg mit seinem unbeweglichen Ende unverschiebbar und/oder unverdrehbar mit dem ersten Stangenteil verbunden.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Faltenbalg doppelwandig ausgebildet ist, wobei zwischen einem inneren Balg und einem äußeren Balg ein den jeweiligen Druckraum bildender Hohlraum angeordnet ist. Bei doppelwandiger Ausführung weist also der Faltenbalg einen inneren Balg und einen äußeren Balg auf, die im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Das Drucköl wird über die Ölkanäle direkt in den Hohlraum zwischen dem inneren Balg und dem äußeren Balg eingebracht.
Ein Ausbeulen der Faltenbalge nach außen bei Belastung bzw. Bewegung in axialer Richtung wird im Wesentlichen durch den die Faltenbalge umgebenden Führungszylinder verhindert. Um ein Ausbeulen der Faltenbalge auch nach Innen zu verhindern, kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass innerhalb zumindest eines Faltenbalges zumindest eine seitliche Führung angeordnet ist. Seitliche Führungsvorrichtung bedeutet hier, dass eine Bewegung der Faltenbalg- wände in Richtung des Faltenbalginneren, also in einer Richtung normal zur Längsachse des Faltenbalgs, durch die Führungsvorrichtung unterbunden wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einem Längsschnitt in einer ersten Ausführungsvariante; und Fig. 2 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen jeweils eine entlang der Pleuelachse la längenverstellbare Pleuelstange 1 für eine Brennkraftmaschine, wobei die Pleuelstange 1 einen ersten Stangenteil 2 mit einem nicht weiter dargestellten großen Pleuelauge zur Aufnahme eines Pleuellagers zur drehbaren Verbindung mit einer Kurbelwelle und einen zweiten Stangenteil 3 mit einem kleinen Pleuelauge 4 zur Aufnahme eines nicht weiter dargestellten Kolbenbolzenlagers zur schwenkbaren Verbindung mit einem Kolben aufweist. In den Figuren ist jeweils in der linken Hälfte der zweite Stangenteil 3 in einer der kurzen Länge der Pleuelstange 1 entsprechenden ersten Stellung und in der rechten Hälfte in einer der langen Länge der Pleuelstange 1 entsprechenden zweiten Stellung dargestellt.
Erster Stangenteil 2 und zweiter Stangenteil 3 sind teleskopartig relativ zueinander verschiebbar. Die Relativverschiebung erfolgt dabei in einer Richtung entlang der Pleuelachse la. Der erste Stangenteil 2 bildet einen Führungszylinder 5 zur Aufnahme eines stufenkolbenartig ausgebildeten Kolbenelementes 6 des zweiten Stangenteils 3. Im Bereich einer ersten Seite 6a des Kolbenelementes 6 ist ein erster Druckraum 7 und im Bereich einer der ersten Seite 6a abgewandten zweiten Seite 6b des Kolbenelementes 6 ein zweiter Druckraum 8 angeordnet. Die erste Seite 6a des Kolbenelements 6 ist im Wesentlichen in Richtung des nicht weiter dargestellten großen Pleuelauges orientiert. Die zweite Seite 6b ist im Wesentlichen in Richtung des kleinen Pleuelauges 4 orientiert. Das Kolbenelement 6 kann durch den zweiten Stangenteil 3, also einstückig mit diesem, oder - wie in den Figuren gezeigt, durch ein mit dem zweiten Stangenteil 3 fest verbundenen separaten Teil gebildet sein.
In jeden Druckraum 7, 8 mündet zumindest ein Ölkanal 9, 10 ein, wodurch der erste und der zweite Druckraum 7, 8 in bekannter Weise alternativ mit Druck beaufschlagt werden können. Die Steuerung der Druckbeaufschlagung ist nicht Gegenstand der Anmeldung.
Der erste Druckraum 7 wird zumindest teilweise durch einen ersten Faltenbalg 11 und der zweite Druckraum 8 zumindest teilweise durch einen zweiten Faltenbalg 12 gebildet. Insbesondere bildet in Fig. 1 eine dem Führungszylinder 5 - also der parallel zur Pleuelachse la verlaufenden Führungszylinderwand - abgewandte innere Mantelfläche 13 des ersten Faltenbalges 11 eine äußere Wand 7a des ersten Druckraumes 7. Der erste Druckraum 7 ist damit im Innenraum des ersten Faltenbalgs 11 angeordnet.
Weiters bildet in beiden Figuren eine dem Führungszylinder 5 - insbesondere der parallel zur Pleuelachse la verlaufenden Führungszylinderwand - zugewandte äußere Mantelfläche 14 des zweiten Faltenbalges 12 eine innere Wand 8a des zweiten Druckraumes 8. Der zweite Druckraum 8 ist damit zwischen Führungszylinderwand und äußerer Mantelfläche 14 des zweiten Faltenbalgs 12 gebildet.
Die Faltenbalge 11, 12 bestehen beispielsweise aus Edelstahl . Dies ermöglicht eine Längenänderung der Faltenbalge 11, 12 unter Einwirkung einer Axialkraft.
Jeder Faltenbalg 11, 12 weist - in Bezug auf den ersten Stangenteil 2 - ein unbewegliches Ende I Ia, 12a und ein bewegliches Ende I Ib, 12b auf. Die unbeweglichen Enden I Ia, 12a sind unverschiebbar und/oder unverdrehbar fest mit dem ersten Stangenteil 2 verbunden. Die beweglichen Enden I Ib, 12b sind zusammen mit dem Kolbenelement 6 im Führungszylinder 5 verschiebbar. Dabei können die beweglichen Enden I Ib, 12b sich am Kolbenelement 6 axial abstützen oder aber fest, beispielsweise durch Schweißen, mit dem Kolbenelement 6 verbunden sein.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung sind erste und zweite Faltenbalge 11, 12 durch einfache Wellrohre aus Edelstahl gebildet. Die Wellrohre sind möglichst dünnwandig, um hohe Widerstandsfähigkeit bei hoher elastischer Verformbarkeit zu erreichen. Das unbewegliche Ende I Ia des ersten Faltenbalgs 11 ist fest mit einem ersten Ringflansch 15 verbunden, der mittels einer ersten Schraube 16 am ersten Stangenteil 2 befestigt ist. Die Verbindung erfolgt dabei am unteren, dem großen Pleuelauge (nicht dargestellt) zugewandten Ende des Führungszylinders 5, bzw. an der in Richtung des großen Pleuelauges orientierten Stirnseite des Führungszylinders 5. Die Verbindung zwischen Ringflansch 15 und dem ersten Faltenbalg 11 kann beispielsweise eine Schweißverbindung sein. Zwischen der dem ersten Stangenteil 2 (bzw. dem nicht gezeigten großen Pleuelauge) zugewandten Seite des Ringflansches 15 und dem ersten Stangenteil 2 ist eine statische erste Dichtungseinrichtung 17 angeordnet. Der erste Ringflansch 15 weist zumindest eine Ölbohrung 15a zur Strömungsverbindung des ersten Ölkanals 9 mit dem ersten Druckraum 7 auf. Der erste Druckraum 7 wird in Fig. 1 durch die innere Mantelfläche 13 des Faltenbalgs 11, das Kolbenelement 6 bzw. dessen erste Seite 6a) und dem ersten Ringflansch 15 aufgespannt. Das bewegliche Ende I Ib des ersten Faltenbalges 11 ist fest mit dem Kolbenelement 6 verbunden, beispielsweise verschweißt. Der zweite Faltenbalg 12 weist an seinem unbeweglichen Ende 12a einen ringförmige falzartige Verdickung 18 auf, welcher zwischen dem ersten Stangenteil 2 und einer Befestigungshülse 19 eingeklemmt wird. Dazu ist die falzartige Verdickung 18 konisch verlaufend, und zwar in Richtung des kleinen Pleuelauges 4 dünner werdend, ausgeführt. Die Befestigungshülse 19 wird über eine Spannschraube 20 (die hohl ausgeführt ist und durch die der zweite Stangenteil 3 durchgeführt ist) gegen den zweiten Faltenbalg 12 bzw. dessen falzartige Verdickung 18 gedrückt und verhindert ein axiales Verschieben des unbeweglichen Endes 12a des zweiten Faltenbalges 12. Das bewegliche Ende 12b des zweiten Faltenbalges 12 ist zwischen dem zweiten Stangenteil 3 und einer Distanzhülse 21 eingeklemmt, welche mittels einer Schraube 22 am ersten Stangenteil 2 befestigt ist. Mit Bezugszeichen 23 ist eine weitere statische Dichtungseinrichtung zwischen dem Kolbenelement 6 und dem beweglichen Ende 12a des zweiten Faltenbalgs bezeichnet.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass der erste Faltenbalg 11 doppelwandig ausgebildet ist, wobei zwischen einem inneren Balg 25 (siehe Fig. 2) und einem äußeren Balg 24 ein den ersten Druckraum 7 bildender Hohlraum 26 angeordnet ist. Der Hohlraum 26 ist über eine Öffnung 28 im Bereich des festen Endes I Ia des ersten Faltenbalges 11 mit einer mit dem ersten Ölkanal 9 strömungsverbundenen Bohrung 15a im ersten Ringflansch 15 verbunden. Das feste Ende I Ia des ersten Faltenbalges 11 ist fest mit dem ersten Ringflansch 15 verbunden, beispielsweise verschweißt. Der erste Ringflansch 15 ist gegenüber dem ersten Stangenteil 2 mittels einer statischen ersten Dichtungseinrichtung 17 abgedichtet.
Der erste Faltenbalg 11 weist bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung auch im Bereich des beweglichen Endes I Ib einen zweiten Ringflansch 27 auf. Der zweite Ringflansch ist -beispielsweise durch eine Schweißverbindung - mit dem äußeren Balg 24 und dem inneren Balg 25 des ersten Faltenbalges 11 flüssigkeits- und druckdicht verbunden. Das Kolbenelement 6 liegt auf der dem ersten Faltenbalg 11 bzw. dem großen Pleuelauge abgewandten Seite am zweiten Ringflansch 27 an, wobei zwischen dem zweiten Ringflansch 27 und dem Kolbenelement 6 eine zweite Dichtungseinrichtung 28 angeordnet ist. Um ein Ausbeulen der Faltenbalge 11, 12 insbesondere in die Mitte bzw. radial in Richtung der Pleuelachse la zu vermeiden, kann innerhalb des ersten Faltenbalges 11 und/oder innerhalb des zweiten Faltenbalgs 12 zumindest eine seitliche Führungsvorrichtung 32, 33, 34, 35 angeordnet sein. Die Führungsvorrichtung 32 ist dabei als separate Führungshülse ausgebildet. Weiters können auch zylindrische Vorsprünge des ersten Ringflansches 15 oder des Kolbenelementes 6 seitliche Führungsvorrichtungen, insbesondere für den ersten Faltenbalg 11 bilden, wie durch Bezugszeichen 33 und 34 angedeutet ist. Auch ein an das Kolbenelement 6 anschließender zylindrischer Bereich des zweiten Stangenteils 3 kann eine Führungsvorrichtung 35 für den zweiten Faltenbalg 12 ausbilden.
Auf der dem ersten Faltenbalg 11 abgewandten Seite des Kolbenelementes 6 ist das flanschartig verdickte bewegliche Ende 12b des zweiten Faltenbalges 12 beispielsweise durch eine Schweißverbindung mit dem Kolbenelement 6 flüssigkeits- und druckdicht verbunden. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird der zweite Druckraum 8 durch die Außenseite des zweiten Faltenbalges 12, den Führungszylinder 5 (insbesondere die Führungszylinderwand) und das Kolbenelement 6 (insbesondere dessen zweite Seite 6b) gebildet.
In den zweiten Druckraum 8 mündet der zweite Ölkanal 10 ein. Das unbewegliche Ende 12a des Faltenbalges 12 weist eine falzartige, ringförmige Verdickung 18 auf, welche von einer Ringnut 29 im Führungszylinder 5 des ersten Stangenteils 2 aufgenommen wird. Mittels der Spannschraube 20 und der Befestigungshülse 19 wird die Verdickung 18 in der Ringnut 29 fixiert. Mit Bezugszeichen 30 ist ein Anschlag für die Begrenzung der axialen Hubbewegung des zweiten Stangenteils 3 bezeichnet, welcher Anschlag 30 mit einem Langloch 31 im ersten Stangenteil 2 zusammenwirkt. Der beispielsweise durch eine im ersten Stangenteil 2 verschraubte Schraube gebildete Anschlag 30 kann gleichzeitig auch eine Verdrehsicherung für die Befestigungshülse 19 ausbilden.
Beim Zusammenbau werden die Faltenbalge 11, 12 durch die Spannschraube 20 elastisch vorgespannt, sodass das Kolbenelement 6 zwischen den Faltenbälgen 11, 12 eingeklemmt ist und die Dichtungseinrichtungen 17, 28, 23 der Ringflansche 15, 27 bzw. des Kolbenelementes 6 gegen die jeweiligen Gegenflächen 17a, 28a, 23a des ersten Stangenteils 2, des Kolbenelementes 6 bzw. des zweiten Faltenbalgs 12 gepresst werden. Die Gegenflächen 17a, 28a, 23a sind dabei jene Flächen des ersten Stangenteils 2, des Kolbenelementes 6 bzw. des zweiten Faltenbalgs 12, an welchen die Dichtungseinrichtungen 17, 28, 23 dichtend anliegen.
Zwischen den Dichtungseinrichtungen 17, 28, 23 und den entsprechenden Gegenflächen 17a, 28a, 23a finden keine Relativbewegungen, insbesondere keine scherenden Bewegungen statt, somit kommt es zu keiner die Lebensdauer herabsetzenden erhöhten Beanspruchung der Dichtungseinrichtungen 17, 28, 23. Durch alternative Druckbeaufschlagung des ersten Druckraumes 7 oder des zweiten Druckraumes 8 wird das Kolbenelement 6 und damit der zweite Stangenteil 3 in Richtung der Pleuelstangenachse la verschoben, wobei erster und zweiter Faltenbalg 11, 12 abwechselnd gedehnt und gestaucht werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Längenverstellbare Pleuelstange (1) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten Stangenteil (2) und einem zweiten Stangenteil (3), welche beiden Stangenteile (2, 3) teleskopartig zu- und/oder ineinander verschiebbar sind, wobei der erste Stangenteil (2) einen Führungszylinder (5) und der zweite Stangenteil (3) zumindest ein im Führungszylinder (5) längsverschiebbares Kolbenelement (6) aufweist, wobei im Bereich einer ersten Seite (6a) des Kolbenelements (6) ein erster Druckraum (7) und im Bereich einer zweiten Seite (6b) des Kolbenelements (6) ein zweiter Druckraum (8) angeordnet ist, und wobei in den ersten Druckraum (7) zumindest ein erster Ölkanal (9) und in den zweiten Druckraum (8) zumindest ein zweiter Ölkanal (10) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (7) zumindest teilweise durch einen ersten Faltenbalg (11) gebildet ist und der zweite Druckraum (8) zumindest teilweise durch einen zweiten Faltenbalg (12) gebildet ist, wobei der erste Faltenbalg (11) und der zweite Faltenbalg (12) jeweils vorzugsweise flüssigkeitsdicht mit dem ersten Stangenteil (2) und dem Kolbenelement (6) verbunden sind.
Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Führungszylinder (5) abgewandte innere Mantelfläche (13) des ersten Faltenbalges (11) eine äußere Wand (7a) des ersten Druckraumes (7) bildet.
Pleuelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Führungszylinder
(5) zugewandte äußere Mantelfläche (14) des zweiten Faltenbalges (12) eine innere Wand (8a) des zweiten Druckraumes (8) bildet.
Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Faltenbalg (112, 12) durch ein Wellrohr, vorzugsweise aus Stahl, gebildet ist.
Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Faltenbalg (11, 12) an zumindest einem Ende (I Ia, I Ib) einen Ringflansch (15, 27) aufweist, wobei vorzugsweise der Ringflansch (15, 27) über zumindest eine Dichteinrichtung (17, 28) gegenüber einer Gegenfläche (17a, 28a) des ersten Stangenteils (2) bzw. des Kolbenelements (6) abgedichtet ist.
6. Pleuelstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringflansch (15, 27) mit dem Faltenbalg (11) flüssigkeitsdicht und fest verbunden, vorzugsweise verschweißt, ist.
7. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (6) mit zumindest einem der Faltenbalge (11, 12; 12, 11) fest verbunden, vorzugsweise verschweißt ist.
8. Pleuelstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (6) über zumindest eine Dichtungseinrichtung (23) gegenüber einer Gegenfläche (23a) des anderen Faltenbalgs (12, 11; 11, 12) abgedichtet ist.
9. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Faltenbalg (11, 12) - in Bezug auf den ersten Stangenteil (2) - ein unbewegliches Ende (I Ia, 12a) und ein bewegliches Ende (I Ib, 12b) aufweist, wobei die unbeweglichen Enden (I Ia, 12a) am ersten Stangenteil (2) gelagert sind und bewegliche Enden (I Ib, 12b) gemeinsam mit dem Kolbenelement (6) im Führungszylinder (5) verschiebbar sind.
10. Pleuelstange (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein Faltenbalg (11, 12) mit seinem beweglichen Ende (I Ib, 12b) am Kolbenelement (6) abstützt oder fest mit dem Kolbenelement (6) verbunden, vorzugsweise verschweißt, ist.
11. Pleuelstange (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Faltenbalg (11, 12) an seinem unbeweglichen Ende (I Ia, 12a) am ersten Stangenteil (2) eingespannt ist.
12. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Faltenbalg (11, 12) mit seinem unbeweglichen Ende (I Ia, 12a) unverschiebbar und/oder unverdrehbar mit dem ersten Stangenteil (2) verbunden ist.
13. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Faltenbalg (11, 12) doppelwandig ausgebildet ist, wobei zwischen einem inneren Balg (24) und einem äußeren Balg (25) ein den jeweiligen Druckraum (7, 8) bildender Hohlraum (26) angeordnet ist.
14. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb zumindest eines Faltenbalges (11, 12) zumindest eine seitliche Führungsvorrichtung (32, 33, 34, 35) angeordnet ist.
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