LÄNGENVERSTELLBARE PLEUELSTANGE LENGTH-ADJUSTABLE CONNECTING ROD
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 über ein Schraubgetriebe in Richtung der Längsachse der Pleuelstange verschiebbar sind, wobei das Schraubgetriebe zumindest einen ersten Getriebeteil und einen mit dem ersten Getriebeteil im Eingriff stehenden zweiten Getriebeteil aufweist, wobei der erste Getriebeteil als Gewindespindel oder als Spindelmutter und der zweite Getriebeteil als Spindelmutter bzw. Gewindespindel ausgebildet ist. 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 via a helical gear in the direction of the longitudinal axis of the connecting rod are displaceable, wherein the helical gear at least a first gear part and with a Having the first gear part engaged second gear part, wherein the first gear part is designed as a threaded spindle or as a spindle nut and the second gear part as a spindle nut or threaded spindle.
Hydraulisch betätigte längenverstellbare Pleuelstangen weisen den Nachteil auf, dass das Hydraulikmedium, insbesondere Öl, in gewissem Ausmaß kompressibel ist, wobei die Kompressibilität vom Gasgehalt des Öls abhängt. Diese Kompressibilität des Öls kann zu Schwingungen in Motorfrequenz führen, die zum frühzeitigen Verschleiß der ohnehin durch sehr hohen Druck belasteten Dichtungen führen können. Diese Schwingungen führen zudem zu einer Erhöhung der Öltemperatur. Hydraulically actuated, length-adjustable connecting rods have the disadvantage that the hydraulic medium, in particular oil, is compressible to a certain extent, the compressibility depending on the gas content of the oil. This compressibility of the oil can lead to vibrations in engine frequency, which can lead to premature wear of the already loaded by very high pressure seals. These vibrations also lead to an increase in the oil temperature.
Aus den Druckschriften WO 06/1 15898 A1 , US 5 406 91 1 A, GB 441 666 A ist es bekannt, die Länge von Pleuelstangen mechanisch durch ein Schraubgetriebe zu verstellen. Dabei wird jeweils der Kolben über sein verzahntes Kolbenhemd bzw. über ein Gewinde im Bereich des Kolbenhemdes verdreht. From the documents WO 06/1 15898 A1, US 5 406 91 1 A, GB 441 666 A it is known to adjust the length of connecting rods mechanically by a helical gear. In each case, the piston is rotated via its toothed piston skirt or via a thread in the region of the piston skirt.
Längenverstellbare Pleuelstangen, welche mit einem selbsthemmenden Gewinde die Länge der Pleuelstange ändern, müssen eine Drehbewegung erzeugen, um die beiden Getriebeteile des Schraubgetriebes relativ zueinander zu verdrehen. Diese relative Verdrehung kann mit Steilgewinde und/oder Schrägverzahnungen aufweisende weitere Schraubgetriebe oder mittels hydraulischen Drehschiebern erfolgen. Da die Verstellung nur in den sehr kurzen zeitlichen Abschnitten erfolgen kann, in welchen die Stange lastfrei ist, muss die Selbsthemmung ausreichend sein, um die Verstellung nur in die gewünschte Richtung zu ermöglichen. Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Schraubgetriebe vorzugsweise nicht selbsthemmend ausgebildet ist, wobei ein - vorzugsweise im ersten Stangenteil drehbar gelagerter - erster Getriebeteil mit zumindest einer mittels zumindest einer Schalteinrichtung schaltbaren Drehsperreinrichtung verbunden ist, welche in zumindest einer ersten Stellung ein Verdrehen des Getriebeteils zumindest in einer Drehrichtung verhindert und in zumindest einer zweiten Stellung ermöglicht. Length adjustable connecting rods, which change the length of the connecting rod with a self-locking thread, must generate a rotational movement in order to rotate the two gear parts of the helical gear relative to each other. This relative rotation can be done with coarse thread and / or helical gears having further helical gear or hydraulic rotary valves. Since the adjustment can be made only in the very short periods in which the rod is free of load, the self-locking must be sufficient to allow adjustment only in the desired direction. The object of the invention is to allow the simplest possible way a change in the compression ratio. According to the invention this is achieved in that the helical gear is preferably not self-locking, with a - preferably rotatably mounted in the first rod part - first gear part is connected to at least one switchable by means of at least one switching device Drehsperreinrichtung which at least in a first position, a rotation of the gear part at least prevented in one direction of rotation and allows in at least a second position.
Unter einem Schraubgetriebe wird hier ein zur Änderung von Bewegungsgrößen dienendes Getriebe verstanden, bei dem eine translatorische Bewegung eines verschiebbaren Bauteils entlang einer Hubachse in eine rotatorische Bewegung eines verdrehbaren Bauteils um eine Drehachse bzw. eine rotatorische Bewegung eines verdrehbaren Bauteils in eine translatorische Bewegung eines verdrehbaren Bauteils geändert wird, wobei miteinander korrespondierende Wirkflächen der beiden koaxialen Bauteile aneinander entlang gleiten. Die Wirkflächen sind dabei von der gemeinsamen Dreh- bzw. Hubachse entfernt, einerseits im Bereich des äußeren Umfanges des einen - beispielsweise verschiebbaren - Bauteiles, und andererseits im Bereich des inneren Umfanges des anderen - beispielsweise verdrehbaren - Bauteils angeordnet. Die korrespondierenden Wirkflächen weisen eine definierte Steigung auf und können durch Gewinde oder durch Schrägverzahnungen der Bauteile gebildet werden. Somit ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die die Gewindespindel ein Außengewinde bzw. eine Außenschrägverzahnung und die korrespondierende Spindelmutter ein Innengewinde bzw. eine Innenschrägverzahnung aufweist. In this case, a helical gear is understood to mean a gear that is used to change movement quantities, in which a translatory movement of a displaceable component along a lifting axis results in a rotational movement of a rotatable component about an axis of rotation or a rotational movement of a rotatable component into a translational movement of a rotatable component is changed, with each other corresponding effective surfaces of the two coaxial components slide along each other. The active surfaces are removed from the common rotation or lifting axis, on the one hand in the region of the outer circumference of one - for example displaceable - component, and on the other hand in the region of the inner circumference of the other - for example rotatable - component arranged. The corresponding active surfaces have a defined pitch and can be formed by threads or by helical toothing of the components. Thus, it is provided in the context of the present invention that the threaded spindle has an external thread or an external helical toothing and the corresponding spindle nut has an internal thread or an internal helical toothing.
Die hier verwendeten Begriffe Gewinde, Gewindespindel und Spindelmutter sind somit keinesfalls auf schraubenförmige Gewindeformen einschränkend zu verstehen, sondern umfassen selbstverständlich Ausführungen, bei denen die Gewindeformen durch Schrägverzahnungen gebildet sind. The terms thread, threaded spindle and spindle nut used here are thus by no means limitative to helical thread forms, but of course include embodiments in which the thread forms are formed by helical gears.
Von einer statischen Selbsthemmung eines Schraubgetriebes wird im Allgemeinen dann gesprochen, wenn der Steigungswinkel der korrespondierenden Wirkflächen, also der Gewindeflanken des Gewindes oder der Schrägverzahnung, kleiner als der Arcus Tangens der Gleitreibzahl der Materialpaarung des ersten und des zweiten Getriebeteils ist. Eine statische Selbsthemmung wird somit verhindert, wenn der Steigungswinkel der Wirkflächen des Gewindes oder der Schrägverzahnung zumindest gleich oder größer als der Arcus Tangens der Gleitreibzahl der Materialpaarung des ersten und des zweiten Getriebeteils ist.
Dadurch, dass eine Selbsthemmung des Schraubgetriebes verhindert wird, können die über relativ lange Zeit wirkenden Gas- und Massenkräfte zur Verstellung des Schraubgetriebes genutzt werden. Insbesondere ist es möglich mit der bei der Brennkraftmaschine auftretenden Gaskraft die Länge der Pleuelstange zu verkürzen und mit der vorhandenen Massenkraft zu verlängern. Diese Verstellkräfte verdrehen die Spindelmutter über das nicht selbsthemmende Gewinde und wirken während jedes Arbeitszyklus ständig, mit Ausnahme einer kurzen Phase, in denen Lastfreiheit herrscht. Ein zusätzlicher Drehantrieb ist erfindungsgemäß vorzugsweise nicht erforderlich, wodurch ein reduzierter Platzbedarf und geringerer Fertigungsaufwand verwirklicht wird. From a static self-locking a helical gear is generally spoken when the pitch angle of the corresponding active surfaces, so the thread flanks of the thread or helical toothing, smaller than the arc tangent of Gleitreibzahl the material pairing of the first and second gear part. A static self-locking is thus prevented when the pitch angle of the active surfaces of the thread or helical gearing is at least equal to or greater than the arc tangent of Gleitreibzahl the material pairing of the first and second gear part. The fact that a self-locking of the helical gear is prevented, the acting over a relatively long time gas and inertial forces can be used to adjust the helical gear. In particular, it is possible with the gas force occurring in the internal combustion engine to shorten the length of the connecting rod and extend it with the existing mass force. These adjusting forces rotate the spindle nut over the non-self-locking thread and act during each cycle constantly, with the exception of a short phase, in which there is no load. An additional rotary drive according to the invention is preferably not required, whereby a reduced space requirement and lower manufacturing costs is realized.
Die Drehsperreinrichtung weist günstiger Weise zumindest eine vorzugsweise als Klinkenfreilauf ausgebildete Freilaufvorrichtung auf, welche in einer Drehrichtung sperrt und in der entgegengesetzten Drehrichtung frei läuft. Zumindest eine Freilaufvorrichtung, die in nur einer Drehrichtung sperrt, verhindert, dass die Pleuelstange innerhalb eines Arbeitszyklus ständig ihre Länge wechselt. Die gewünschte Stellung wird über die schaltbare Drehsperreinrichtung fixiert. Somit kann auf einen separaten Drehantrieb zur Verdrehung der Getriebeteile des Schraubgetriebes verzichtet werden. The Drehsperreinrichtung has favorably at least one preferably designed as a pawl freewheel freewheel device, which locks in one direction and runs freely in the opposite direction. At least one freewheel device, which locks in only one direction of rotation, prevents the connecting rod constantly changes its length within a working cycle. The desired position is fixed via the switchable turnstile device. Thus it can be dispensed with a separate rotary drive for rotating the gear parts of the helical gear.
In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Freilaufvorrichtung schaltbar ausgeführt ist und die Schalteinrichtung in die Freilaufvorrichtung integriert ist, wobei die Schalteinrichtung zumindest ein vorzugsweise hydraulisch schaltbares Sperrelement aufweist, das mit zumindest einer entsprechend dem Sperrelement geformten Sperraufnahme zusammenwirkt, wobei Sperrelement und Sperraufnahme relativ zueinander um die Drehachse des ersten Getriebeteils verdrehbar sind. Freilaufvorrichtungen, insbesondere Klinkenfreiläufe, sind von einer Vielzahl an Anwendungen und in einer Vielfalt an Ausführungen bekannt. Allen Freilaufvorrichtungen ist gemeinsam, dass eine Drehmomentübertragung nur in einer Drehrichtung möglich ist, in der anderen Drehrichtung aber nicht. Bei schaltbaren Klinkenfreiläufe kann in beiden Drehrichtungen die Drehmomentübertragung unterbunden werden. In a first embodiment of the invention, it is provided that the freewheel device is designed switchable and the switching device is integrated in the freewheel device, wherein the switching device has at least one preferably hydraulically switchable locking element which cooperates with at least one corresponding to the blocking element shaped locking receptacle, wherein blocking element and locking receptacle relative to each other about the axis of rotation of the first gear part are rotatable. Freewheel devices, in particular pawl freewheels are known from a variety of applications and in a variety of designs. Allen freewheel devices have in common that a torque transmission is possible only in one direction, but not in the other direction. With switchable pawl freewheels, the torque transmission can be prevented in both directions of rotation.
Die Sperraufnahme ist bevorzugt in einem den zylindrischen Mittelteil umgebenden Außenring angeordnet, welcher drehbar im ersten Stangenteil gelagert ist. The locking receptacle is preferably arranged in an outer ring surrounding the cylindrical middle part, which is rotatably mounted in the first rod part.
Eine einfache Freilaufvorrichtung kann erzielt werden, wenn zumindest eine - vorzugsweise zumindest teilweise durch eine Bohrung gebildete - Sperraufnahme in einem
ersten Bereich einen Anschlag und in einem dem ersten Bereich diametral bezüglich einer normal auf die Drehachse des ersten Getriebeteils stehende Mittelachse der Sperraufnahme gegenüberliegenden zweiten Bereich eine Rampe aufweist. Wenn das entsprechend geschaltete Sperrelement am Anschlag anliegt, sind Sperrelement und Sperraufnahme drehfest miteinander verbunden und es kann eine Drehmomentübertragung in der entsprechenden Drehrichtung durchgeführt werden. In der entgegengesetzten Drehrichtung hingegen gleitet das Sperrelement über die flach ausgebildete Rampe, ohne dass ein Drehmoment übertragen werden kann. A simple freewheel device can be achieved if at least one - preferably at least partially formed by a bore - locking receptacle in a first region has a stop and in a first region diametrically opposite to a normal to the axis of rotation of the first gear part standing central axis of the locking receiving opposite second region has a ramp. When the appropriately switched blocking element bears against the stop, blocking element and locking receptacle are connected to one another in a torque-proof manner and a torque transmission in the corresponding direction of rotation can be carried out. In the opposite direction of rotation, however, the blocking element slides over the flat-shaped ramp without a torque can be transmitted.
Günstiger Weise ist dabei zumindest ein Sperrelement durch einen in einem Zylinder verschiebbar gelagerten Sperrkolben gebildet, wobei der Zylinder pleuelstangenfest, vorzugsweise in einem fest mit dem ersten Stangenteil verbundenen Mittelteil des Drehsperrelementes ausgebildet ist und wobei die Achse des Zylinders quer, besonders vorzugsweise normal zur Drehachse des ersten Getriebeteils angeordnet ist. Eine kostengünstige Herstellung ist möglich, wenn Sperraufnahme durch eine den zylindrischen Mittelteil zylindrische Hülse gebildet ist, welche drehbar im ersten Stangenteil gelagert ist. Die Sperraufnahme kann dabei drehfest, vorzugsweise formschlüssig, mit dem ersten Getriebeteil verbunden oder einteilig mit dem ersten Getriebeteil ausgebildet sein. Conveniently, at least one locking element is formed by a locking piston displaceably mounted in a cylinder, wherein the cylinder is designed connecting rod-end, preferably in a central part of the rotary locking element fixedly connected to the first rod part and wherein the axis of the cylinder transversely, particularly preferably normal to the axis of rotation of the first transmission part is arranged. A cost-effective production is possible when locking receptacle is formed by a cylindrical sleeve cylindrical part which is rotatably mounted in the first rod part. The locking receptacle can be rotationally fixed, preferably form-fitting, connected to the first transmission part or integrally formed with the first transmission part.
Um eine einfache Ansteuerung der Drehsperreinrichtung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Sperrkolben mit einer Druckangriffsfläche an einen Druckraum grenzt, in welchen eine Druckölleitung einmündet, wobei der Sperrkolben durch Druckerhöhung im Druckraum entgegen einer Rückstellkraft einer auf den Sperrkolben wirkenden Feder auslenkbar ist. In order to enable a simple control of the Drehsperreinrichtung, it is advantageous if the locking piston with a pressure application surface adjacent to a pressure chamber, in which a pressure oil line opens, wherein the locking piston by pressure increase in the pressure chamber against a restoring force of a spring acting on the locking piston is deflectable.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Getriebeteil mit einer ersten Freilaufvorrichtung und einer zweiten Freilaufvorrichtung verbunden ist, welche Freilaufvorrichtungen jeweils unterschiedliche Drehrichtungen des ersten Getriebeteils sperren bzw. freigeben. Durch die zwei Freilaufvorrichtungen, die in verschiedenen Drehrichtungen sperren, kann mit dem Druck des Betätigungsfluids einmal die eine Drehsperreinrichtung aktiviert werden und einmal der andere. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the first transmission part is connected to a first freewheel device and a second freewheel device, which freewheel devices respectively lock or unlock different directions of rotation of the first transmission part. By the two freewheel devices, which lock in different directions of rotation, can be activated with the pressure of the actuating fluid once the one turnstile and once the other.
Die beiden Freilaufvorrichtungen können einfach geschalten werden, wenn die erste Freilaufvorrichtung einen ersten Sperrkolben und die zweite Freilaufvorrichtung einen zweiten Sperrkolben aufweist, wobei vorzugsweise die Druckangriffsflächen der Sperrkolben und/oder die Federn der Sperrkolben unterschiedlich dimensioniert sind. In
einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die erste Feder des ersten Sperrkolbens entgegen der Sperrrichtung und die zweite Feder des zweiten Sperrkolbens in Sperrrichtung wirkend angeordnet sind. The two freewheel devices can be easily switched when the first freewheel device has a first locking piston and the second freewheel device has a second locking piston, wherein preferably the pressure engagement surfaces of the locking piston and / or the springs of the locking piston are dimensioned differently. In An advantageous embodiment of the invention is provided that the first spring of the first locking piston against the reverse direction and the second spring of the second locking piston are arranged to act in the reverse direction.
Somit lassen sich erste und zweite Freilaufvorrichtung bei unterschiedlichen Steuerdrücken des beispielsweise durch Schmieröl der Brennkraftmaschine gebildeten Betätigungsfluids sperren. Thus, the first and second freewheel devices can be locked at different control pressures of the actuating fluid formed, for example, by lubricating oil of the internal combustion engine.
Es sind daher nur zwei verschiedene Öldruckniveaus im Schmiersystem notwendig, um die Stangenlänge über die elektronische Steuereinheit des Motors last- und drehzahlabhängig zu steuern und damit die gewünschte Verdichtung einzustellen. There are therefore only two different oil pressure levels in the lubrication system necessary to control the rod length via the electronic control unit of the engine load- and speed-dependent and thus to set the desired compression.
Damit wird ein eigener Drehantrieb der Spindelmutter überflüssig. Ein Einfedern findet nur mehr im Rahmen der Spiele und der elastischen Verformungen der Stahlbauteile statt und kann nicht zur Erwärmung des Betätigungsfluids führen. Verschleißanfällige Dichtsysteme für Hydraulikkolben können entfallen. This eliminates the need for a separate rotary drive of the spindle nut. A compression takes place only in the context of the games and the elastic deformation of the steel components and can not lead to heating of the actuating fluid. Wear-prone sealing systems for hydraulic pistons can be omitted.
In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung zumindest ein Kupplungselement zur drehfesten Verbindung des ersten Stangenteils oder eines mit dem ersten oder zweiten Stangenteil fest verbundenen - vorzugsweise durch einen Bolzen gebildeten - Teiles, und zumindest einer Freilaufvorrichtung, vorzugsweise eines Innenringes der Freilaufvorrichtung, aufweist. Dabei wird in einer raumsparenden Ausführung das Kupplungselement durch einen koaxial oder parallel zur Drehachse des ersten Getriebeteils verschiebbaren Formschlussteil gebildet, welcher in zumindest einer Stellung eine drehfeste Verbindung zwischen einem Innenring zumindest einer Freilaufvorrichtung und dem Bolzen herstellt, wobei vorzugsweise der Bolzen koaxial zur Drehachse des ersten Kupplungsteils angeordnet ist. In a second embodiment of the invention, it is provided that the switching device has at least one coupling element for the rotationally fixed connection of the first rod part or a fixedly connected to the first or second rod part - preferably formed by a bolt - part, and at least one freewheel device, preferably an inner ring of the freewheel device , having. Here, in a space-saving design, the coupling element is formed by a coaxially or parallel to the axis of rotation of the first gear part form-fitting part which produces a rotationally fixed connection between an inner ring at least one freewheel device and the bolt in at least one position, wherein preferably the pin coaxial with the axis of rotation of the first Coupling part is arranged.
Zur Formschlussverbindung mit zumindest einer Freilaufvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn das Kupplungselement in einem äußeren ersten Mantelbereich eine Außenverzahnung aufweist, welche mit zumindest einer Innenverzahnung in einem inneren Mantelbereich eines Innenringes zumindest einer Freilaufvorrichtung korrespondiert, wobei in der Sperrstellung die Außenverzahnung des Kupplungselementes in die Innenverzahnung des Innenringes geschoben ist. Zur einfachen Formschlussverbindung mit dem ersten oder zweiten Stangenteil ist es günstig, wenn das Kupplungselement in einem inneren zweiten
Mantelbereich eine Innenverzahnung aufweist, welche mit zumindest einer Außenverzahnung in einem äußeren Mantelbereich des Bolzens korrespondiert, wobei in der Sperrstellung die Innenverzahnung des Kupplungselementes in die Außenverzahnung des Bolzens geschoben ist. Eine sehr platzsparende Ausführung der Erfindung sieht vor, das erster und zweiter Mantelbereich in einem hülsenartig geformten Abschnitt des Kupplungselementes angeordnet sind. For positive connection with at least one freewheel device, it is advantageous if the coupling element in an outer first jacket portion has an external toothing, which corresponds to at least one internal toothing in an inner shell region of an inner ring at least one freewheel device, wherein in the locking position, the external toothing of the coupling element in the internal toothing of Inner ring is pushed. For easy positive connection with the first or second rod part, it is advantageous if the coupling element in an inner second Mantle region has an internal toothing, which corresponds to at least one external toothing in an outer jacket region of the bolt, wherein in the locking position, the internal toothing of the coupling element is pushed into the outer toothing of the bolt. A very space-saving embodiment of the invention provides that the first and second cladding regions are arranged in a sleeve-like shaped section of the coupling element.
Um auf einfache Weise zwischen langer und kurzer Pleuelstange umschalten zu können, ist es auch hier wieder besonders vorteilhaft, wenn der erste Getriebeteil mit einer ersten Freilaufvorrichtung und einer zweiten Freilaufvorrichtung verbunden ist, welche Freilaufvorrichtungen jeweils unterschiedliche Drehrichtungen des ersten Getriebeteils sperren bzw. freigeben. Durch die zwei Freilaufvorrichtungen, die in verschiedenen Drehrichtungen sperren, kann mit dem Druck des Betätigungsfluids einmal die eine Drehsperreinrichtung aktiviert werden und einmal der andere. In order to be able to easily switch between long and short connecting rods, it is again particularly advantageous if the first transmission part is connected to a first freewheel device and a second freewheel device, which freewheel devices respectively lock or unlock different directions of rotation of the first transmission part. By the two freewheel devices, which lock in different directions of rotation, can be activated with the pressure of the actuating fluid once the one turnstile and once the other.
Durch die Verschiebung des Kupplungselementes in Richtung der Längsachse der Pleuelstange kann wahlweise die erste oder die zweite Freilaufvorrichtung aktiviert werden. Dies geschieht in einfacher Weise dadurch, dass das Kupplungselement in einer ersten Stellung eine drehfeste Verbindung zwischen dem Innenring der ersten Freilaufvorrichtung und dem Bolzen herstellt, und einer zweiten Stellung eine drehfeste Verbindung zwischen dem Innenring der zweiten Freilaufvorrichtung und dem Bolzen herstellt. Gleichzeitig unterbricht das Kupplungselement in der ersten Stellung die drehfeste Verbindung zwischen dem Innenring der zweiten Freilaufvorrichtung und dem Bolzen, und in der zweiten Stellung die drehfeste Verbindung zwischen dem Innenring der ersten Freilaufvorrichtung und dem Bolzen. By the displacement of the coupling element in the direction of the longitudinal axis of the connecting rod optionally the first or the second freewheel device can be activated. This is done in a simple manner in that the coupling element in a first position produces a rotationally fixed connection between the inner ring of the first freewheel device and the bolt, and a second position establishes a rotationally fixed connection between the inner ring of the second freewheel device and the bolt. At the same time interrupts the coupling element in the first position, the rotationally fixed connection between the inner ring of the second freewheel device and the bolt, and in the second position, the rotationally fixed connection between the inner ring of the first freewheel device and the bolt.
Die Verschiebung des Kupplungselementes kann prinzipiell elektromagnetisch oder mechanisch erfolgen. Eine besonders einfache hydraulische oder pneumatische Betätigung ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, wenn das Kupplungselement eine an einen Druckraum grenzende Kolbenfläche aufweist, wobei das Kupplungselement durch Druckerhöhung im Druckraum, vorzugsweise entgegen der Kraft einer Feder auslenkbar ist. In den Druckraum mündet bevorzugt eine Druckleitung des motoreigenen Schmierölsystems ein.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Darin zeigen The displacement of the coupling element can in principle be electromagnetically or mechanically. A particularly simple hydraulic or pneumatic actuation is possible according to the present invention, when the coupling element has a piston surface adjacent to a pressure chamber, wherein the coupling element by pressure increase in the pressure chamber, preferably against the force of a spring is deflectable. In the pressure chamber preferably opens a pressure line of the engine's own lubricating oil system. The invention will be explained in more detail below with reference to the non-limiting figures. Show in it
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einem Längsschnitt in einer ersten Ausführungsvariante, 1 shows a connecting rod according to the invention in a longitudinal section in a first embodiment,
Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1 , 2 shows the detail II of Fig. 1,
Fig. 3 eine Freilaufvorrichtung in einer Draufsicht im Detail, 3 shows a freewheel device in a plan view in detail,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante, 4 shows a connecting rod according to the invention in a longitudinal section in a second embodiment,
Fig. 5 das Detail V aus Fig. 1 , 5 shows the detail V of FIG. 1,
Fig. 6 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Pleuelstange in einem Längsschnitt in einer dritten Ausführungsvariante, 6 is a partial view of a connecting rod according to the invention in a longitudinal section in a third embodiment,
Fig. 7 die Pleuelstange in einem Schnitt gemäß der Linie VII - VII in Fig. 6 in einer einer kurzen Pleuelstange entsprechenden Stellung des Drehsperrelementes, 7 shows the connecting rod in a section along the line VII - VII in FIG. 6 in a position corresponding to a short connecting rod of the rotary locking element, FIG.
Fig. 8 die Pleuelstange in einem Schnitt gemäß der Linie VII - VII in Fig. 6 in einer einer langen Pleuelstange entsprechenden Stellung des Drehsperrelementes, 8 shows the connecting rod in a section along the line VII-VII in FIG. 6 in a position of the rotary locking element corresponding to a long connecting rod, FIG.
Fig. 9 die Pleuelstange in einem Schnitt gemäß der Linie VIII - VIII in Fig. 6 in einer einer kurzen Pleuelstange entsprechenden Stellung des Drehsperrelementes und Fig. 9, the connecting rod in a section along the line VIII - VIII in Fig. 6 in a position corresponding to a short connecting rod of the rotary locking element and
Fig. 10 die Pleuelstange in einem Schnitt gemäß der Linie VIII - VIII in Fig. 6 in einer einer langen Pleuelstange entsprechenden Stellung des Drehsperrelementes. Fig. 10, the connecting rod in a section along the line VIII - VIII in Fig. 6 in a position corresponding to a long connecting rod of the rotary locking element.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen. Functionally identical parts are provided in the embodiment variants with the same reference numerals.
Die Fig. 1 zeigt eine längenverstellbare Pleuelstange 1 für eine Hubkolbenmaschine, beispielsweise eine Brennkraftmaschine.
Die Pleuelstange 1 weist einen ersten Stangenteil 2 im Bereich eines großen Pleuelauges 3a und einen zweiten Stangenteil 4 im Bereich eines kleinen Pleuelauges 3b auf, wobei das große Pleuelauge 3a ein Kurbelzapfenlager zur Verbindung mit einer nicht weiter dargestellten Kurbelwelle und das kleine Pleuelauge 3b ein Kolbenbolzenlager zur Verbindung mit einem nicht weiter dargestellten Kolben ausbilden. Fig. 1 shows a length-adjustable connecting rod 1 for a reciprocating engine, such as an internal combustion engine. The connecting rod 1 has a first rod portion 2 in the region of a large connecting rod 3a and a second rod portion 4 in the region of a small connecting rod 3b, wherein the large connecting rod 3a a crank pin bearing for connection to a crankshaft not shown and the small connecting rod 3b a piston pin bearing for Form connection with a piston, not shown.
Die beiden Stangenteile 2, 4 können über ein Schraubgetriebe 6 relativ zueinander in Richtung der Längsachse 1a der Pleuelstange 1 verschoben werden. Das Schraubgetriebe 6 weist einen ersten Getriebeteil 7 und einen mit dem ersten Getriebeteil 7 im Eingriff stehenden zweiten Getriebeteil 8 auf, wobei einer der beiden Getriebeteile 7, 8 als Spindelmutter 9 und der andere Getriebeteil 8, 7 als Gewindespindel 10 ausgebildet ist. Bei den dargestellten Ausführungsvarianten ist der erste Getriebeteil 7 als hülsenartige Spindelmutter 9 und der zweite Getriebeteil 8 als Gewindespindel 10 ausgebildet. The two rod parts 2, 4 can be moved via a helical gear 6 relative to each other in the direction of the longitudinal axis 1a of the connecting rod 1. The helical gear 6 has a first gear part 7 and a stationary with the first gear part 7 in engagement second gear part 8, wherein one of the two gear parts 7, 8 as a spindle nut 9 and the other gear part 8, 7 is formed as a threaded spindle 10. In the illustrated embodiments, the first gear part 7 is formed as a sleeve-like spindle nut 9 and the second gear part 8 as a threaded spindle 10.
Die Spindelmutter 9 weist an ihrer Innenseite Wirkflächen mit einer Steigung auf, welche von der Längsachse 1 a der Pleuelstange 1 beabstandet sind und welche als Innenschraubengewinde mit einem Gewindegang oder mehreren Gewindegängen, oder als Innenschrägverzahnung ausgebildet sind. Korrespondierend dazu weist die Gewindespindel 10 an ihrer Außenseite entsprechende Wirkflächen mit einer Steigung auf, welche von der Längsachse 1 a der Pleuelstange 3 beabstandet sind und welche als Außenschraubengewinde mit einen Gewindegang oder mehreren Gewindegängen, oder als Außenschrägverzahnung ausgebildet sind. Das Gewinde, insbesondere die Steigung des Gewindes, ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Selbsthemmung sicher vermieden wird. Eine Selbsthemmung kann meist vermieden werden, wenn der Steigungswinkel größer als 7° ist. Andererseits sollte zur Begrenzung des auftretenden Drehmomentes der Steigungswinkel nicht zu groß gestaltet werden. In einem Ausführungsbeispiel wurde ein optimaler Steigungswinkel bei etwa 8° gewählt. The spindle nut 9 has on its inner side active surfaces with a pitch, which are spaced from the longitudinal axis 1 a of the connecting rod 1 and which are formed as internal screw thread with a thread or more threads, or as internal helical teeth. Corresponding thereto, the threaded spindle 10 on its outer side corresponding active surfaces with a pitch, which are spaced from the longitudinal axis 1 a of the connecting rod 3 and which are formed as external screw thread with one thread or multiple threads, or as external helical teeth. The thread, in particular the pitch of the thread, is preferably designed so that a self-locking is reliably avoided. Self-locking can usually be avoided if the pitch angle is greater than 7 °. On the other hand, to limit the torque occurring, the pitch angle should not be made too large. In one embodiment, an optimum pitch angle was chosen at about 8 °.
Der Begriff „Gewinde" (beispielsweise in Gewindespindel) wird hier generell sowohl für Schraubengewinde, als auch für Schrägverzahnungen verwendet und deckt somit beide Ausbildungen ab. The term "thread" (for example, in threaded spindle) is generally used here for both screw thread, and helical teeth and thus covers both training.
Der durch die Spindelmutter 9 gebildete erste Getriebeteil 7 ist in einem durch den ersten Stangenteil 2 gebildeten, als Sacklochbohrung ausgeführten, Führungszylinder 5 drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert. Die axiale Position des ersten Getriebeteils 7 wird in
Richtung des kleinen Pleuelauges 3b durch eine das obere Ende des Führungszylinders 5 abschließende Spannhülse 13 und einen beispielsweise zweiteiligen Distanzring 14 begrenzt. The first gear part 7 formed by the spindle nut 9 is rotatably mounted in a guide cylinder 5 formed by the first rod part 2, designed as a blind hole bore, but mounted axially immovably. The axial position of the first gear part 7 is in Direction of the small connecting rod 3b by a the upper end of the guide cylinder 5 final clamping sleeve 13 and an example, two-piece spacer ring 14 limited.
Der erste Getriebeteil 7 des Schraubgetriebes 6 ist drehbar, aber axial unverschiebbar im ersten Stangenteil 2 gelagert. Der zweite Getriebeteil 8 des Schraubgetriebes 6 ist in Richtung der Längsachse 1a verschiebbar, aber drehfest im ersten Stangenteil 2 gelagert. Der zweite Getriebeteil 8 ist dabei mit dem zweiten Stangenteil 4 fest verbunden oder integral mit diesem ausgeführt. Die Sicherung gegen Verdrehen des zweiten Getriebeteils 8 erfolgt über die Verdrehsicherung 11 , welche zugleich eine Hubbegrenzung für den zweiten Stangenteil 4 bildet. Die Verdrehsicherung 11 kann durch eine einfache Schraube gebildet sein, welche quer zur Längsachse 1a im ersten Stangenteil 2 eingeschraubt ist. Sie wirkt mit einer entsprechenden Längsnut 12 im zweiten Stangenteil 2 zusammen. The first gear part 7 of the screw 6 is rotatably mounted, but axially immovable in the first rod part 2. The second gear part 8 of the helical gear 6 is displaceable in the direction of the longitudinal axis 1a, but rotatably mounted in the first rod part 2. The second gear part 8 is fixedly connected to the second rod part 4 or executed integrally therewith. The safeguard against rotation of the second gear part 8 via the anti-rotation 11, which also forms a stroke limit for the second rod part 4. The rotation 11 may be formed by a simple screw, which is screwed transversely to the longitudinal axis 1 a in the first rod part 2. It cooperates with a corresponding longitudinal groove 12 in the second rod part 2.
Der erste Getriebeteil 7 ist mit zumindest einer mittels zumindest einer Schalteinrichtung 21 schaltbaren Drehsperreinrichtung 20 verbunden, welche in zumindest einer ersten Stellung ein Verdrehen des ersten Getriebeteils 7 in zumindest einer Drehrichtung verhindert und in zumindest einer zweiten Stellung ermöglicht. The first gear part 7 is connected to at least one switchable by means of at least one switching device 21 Drehsperreinrichtung 20, which prevents rotation of the first gear part 7 in at least one rotational direction in at least one first position and allows at least a second position.
Die Drehsperreinrichtung 20 weist zumindest eine erste Freilaufvorrichtung 22 und eine zweite Freilaufvorrichtung 23 auf, welche beispielsweise als Klinkenfreiläufe ausgebildet sind. Jede der Freilaufvorrichtungen 22, 23 bildet eine Kupplung zur Übertragung eines Drehmomentes welche, dass sie in einer Drehrichtung Drehmoment überträgt, also„sperrt" und in der entgegengesetzten Drehrichtung kein Drehmoment überträgt, also„frei läuft". Die erste Freilaufvorrichtung 22 und die zweite Freilaufvorrichtung 23 können im Wesentlichen gleich ausgebildet sein, allerdings umgekehrt orientiert übereinander angeordneten sein, so dass die sperrenden und freigebenden Drehrichtungen entgegengesetzt sind. The turnstile device 20 has at least a first freewheel device 22 and a second freewheel device 23, which are designed, for example, as pawl freewheels. Each of the freewheel devices 22, 23 forms a clutch for transmitting a torque which transmits torque in one direction of rotation, ie "locks" and transmits no torque in the opposite direction of rotation, ie "free running". The first freewheel device 22 and the second freewheel device 23 may be formed substantially the same, but be arranged inversely oriented one above the other, so that the locking and releasing directions of rotation are opposite.
Mittels zumindest einer Schalteinrichtung 30 kann eine jede Freilaufeinrichtung 22, 23 zumindest in einer Drehrichtung blockiert werden, indem eine temporäre drehfeste Verbindung mit dem ersten oder zweiten Stangenteil 2, 4 hergestellt wird. By means of at least one switching device 30, each freewheel device 22, 23 are blocked at least in one direction of rotation by a temporary rotationally fixed connection with the first or second rod member 2, 4 is produced.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Drehsperreinrichtung 20 als Klinkenfreiläufe ausgebildete einfache Freilaufvorrichtungen 22, 23 aufweist. Dabei weist jede Freilaufeinrichtung 22, 23 einen Innenring 24, 25 auf, welcher von einem Außenring 26
umgeben ist, zwischen den beiden Ringen zumindest ein Sperrelement 28 - beispielsweise eine Kugel - angeordnet ist, welches in einem von Rampenflächen 30a, 30b begrenzten Hohlraum 30 zwischen jeweils einen Innenring 24, 25 und dem Außenring 26 angeordnet ist (Fig. 3). Jeder der ersten bzw. zweiten Innenringe 24, 25 weist eine erste bzw. zweite Innenverzahnung 32, 33 auf. Dabei kann jede Freilaufvorrichtung 22, 23 jeweils einen Außenring aufweisen, wobei die Außenringe miteinander drehfest verbunden sind. Bei den in Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen weisen die beiden Freilaufvorrichtungen 22, 23 einen gemeinsamen Außenring 26 auf. Der Außenring 26 ist über Mitnehmer und entsprechende Ausnehmungen 26a drehfest mit dem ersten Getriebeelement 7 verbunden. 1 to 5 show embodiments in which the Drehsperreinrichtung 20 designed as a pawl Freewheel simple freewheel devices 22, 23 has. In this case, each freewheel device 22, 23 an inner ring 24, 25, which of an outer ring 26th is surrounded, between the two rings, at least one locking element 28 - for example, a ball - is arranged, which is arranged in a bounded by ramp surfaces 30a, 30b cavity 30 between each an inner ring 24, 25 and the outer ring 26 (Fig. 3). Each of the first and second inner rings 24, 25 has first and second internal teeth 32, 33, respectively. In this case, each freewheel device 22, 23 each have an outer ring, wherein the outer rings are rotatably connected to each other. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 4, the two freewheel devices 22, 23 have a common outer ring 26. The outer ring 26 is rotatably connected to the first transmission element 7 via drivers and corresponding recesses 26 a.
Die innere Mantelfläche 24a, 25a jedes Innenringes 24, 25 ist mit einer Innenverzahnung 32, 33 versehen. The inner circumferential surface 24a, 25a of each inner ring 24, 25 is provided with an internal toothing 32, 33.
Die Schalteinrichtung 30 weist in den in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungen ein durch einen Formschlussteil gebildetes Kupplungselement 31 auf. In einem äußeren ersten Mantelbereich 31a des Kupplungselementes 31 ist eine Außenverzahnung 34 angeordnet, welche mit den Innenverzahnungen 32, 33 der inneren Mantelflächen 24a, 25a der Innenringe 24, 25 der Freilaufvorrichtungen 22, 23 korrespondiert. Das Kupplungselement 31 ist axial verschiebbar um einen zentralen Bolzen 35 angeordnet, welcher fest mit dem ersten Stangenteil 2 (Fig. 1 , 2) oder fest mit dem zweite Stangenteil 4 (Fig. 4, 5) verbunden ist. Das Kupplungselement 31 und der Bolzen 35 sind koaxial zur Längsachse 1 a der Pleuelstange 1 bzw. koaxial zur Drehachse 7a des ersten Getriebeelementes 7 angeordnet. Das Kupplungselement 31 weist in einem inneren zweiten Mantelbereich 31 b eine Innenverzahnung 37 auf, welche mit einer Außenverzahnung 38 in einem äußeren Mantelbereich 35a des Bolzens 35 korrespondiert. Das Kupplungselement 31 ist somit drehfest, aber axial verschiebbar, mit dem Bolzen 35 verbunden. In the embodiments shown in FIGS. 1 to 5, the switching device 30 has a coupling element 31 formed by a form-fitting part. In an outer first jacket portion 31a of the coupling element 31, an outer toothing 34 is arranged, which with the internal teeth 32, 33 of the inner circumferential surfaces 24a, 25a of the inner rings 24, 25 of the freewheel devices 22, 23 corresponds. The coupling element 31 is arranged axially displaceably about a central pin 35, which is fixedly connected to the first rod part 2 (FIG. 1, 2) or fixed to the second rod part 4 (FIG. 4, 5). The coupling element 31 and the bolt 35 are arranged coaxially with the longitudinal axis 1 a of the connecting rod 1 or coaxially with the axis of rotation 7 a of the first gear element 7. The coupling element 31 has, in an inner second jacket region 31b, an internal toothing 37 which corresponds to an external toothing 38 in an outer jacket region 35a of the bolt 35. The coupling element 31 is thus rotationally fixed, but axially displaceable, connected to the bolt 35.
Um die erste bzw. zweite Freilaufvorrichtung 22, 23 in einer Drehrichtung zu sperren, wird das Kupplungselement 31 in axialer Richtung verschoben, so dass in der jeweiligen Sperrstellung die Außenverzahnung 34 des Kupplungselementes 31 in die Innenverzahnung 32, 33 des entsprechenden Innenringes 24, 25 geschoben ist. Dadurch wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem entsprechenden Innenring 24, 25 und dem Kupplungselement 31 hergestellt. Da das Kupplungselement 31 drehfest mit dem Bolzen 35 verbunden ist, welcher drehfest mit dem ersten Stangenteil 2 (Fig. 1 , 2) bzw. zweiten Stangenteil 5 (Fig. 4, 5) verbunden ist, wird der entsprechende Innenring 24, 25
blockiert. Durch axiales Verschieben des Kupplungselementes 31 wird entweder der Innenring 24 der ersten Freilaufvorrichtung 22 oder der Innenring 25 der zweiten Freilaufvorrichtung 23 blockiert, und der jeweils andere Innenring 25 bzw. 24 freigegeben, also die Formschlussverbindung mit dem Bolzen 35 getrennt. In order to lock the first and second freewheel device 22, 23 in a rotational direction, the coupling element 31 is displaced in the axial direction, so that in the respective blocking position, the external teeth 34 of the coupling element 31 in the internal teeth 32, 33 of the corresponding inner ring 24, 25 is pushed is. As a result, a positive connection between the corresponding inner ring 24, 25 and the coupling element 31 is produced. Since the coupling element 31 is non-rotatably connected to the bolt 35 which is non-rotatably connected to the first rod part 2 (Fig. 1, 2) and second rod part 5 (Fig. 4, 5), the corresponding inner ring 24, 25th blocked. By axially displacing the coupling element 31, either the inner ring 24 of the first freewheel device 22 or the inner ring 25 of the second freewheel device 23 is blocked, and the other inner ring 25 or 24 is released, ie the positive connection with the bolt 35 is disconnected.
Das Kupplungselement 31 wird bei den dargestellten Ausführungen hydraulisch durch den Öldruck des Schmierölsystems der Brennkraftmaschine betätigt. Um dies zu ermöglichen, weist das Kupplungselement 31 eine an einen Druckraum 40 grenzende Kolbenfläche 39 auf, wobei das Kupplungselement 31 durch Druckerhöhung im Druckraum 40 entgegen der Kraft einer auf das Kupplungselement 31 wirkenden Kraft einer Feder 41 auslenkbar ist. In den Druckraum 40 mündet eine mit dem Schmierölsystem über das Kurbelzapfenlager 15 verbundene Drückölleitung 42 ein. The coupling element 31 is actuated hydraulically in the illustrated embodiments by the oil pressure of the lubricating oil system of the internal combustion engine. To make this possible, the coupling element 31 has a piston surface 39 adjoining a pressure chamber 40, wherein the coupling element 31 can be deflected by increasing the pressure in the pressure chamber 40 counter to the force of a spring 41 acting on the coupling element 31. In the pressure chamber 40 opens a connected to the lubricating oil system via the crank pin bearing 15 pressing oil line 42 a.
Die Fig. 2 zeigt das Kupplungselement 31 in seiner oberen Stellung, wobei dessen Außenverzahnung 34 mit der zweiten Innenverzahnung 33 des zweiten Innenringes 25 ist. Die zweite Freilaufvorrichtung 23 ist somit blockiert, die erste Freilaufvorrichtung 22 frei nach beiden Richtungen drehbar. Fig. 2 shows the coupling element 31 in its upper position, wherein the outer toothing 34 with the second inner toothing 33 of the second inner ring 25 is. The second freewheel device 23 is thus blocked, the first freewheel device 22 freely rotatable in both directions.
Die Fig. 5 zeigt das Kupplungselement 31 in seiner unteren oberen Stellung, wobei die Außenverzahnung 34 des Kupplungselementes 31 mit der ersten Innenverzahnung 32 des ersten Innenringes 24 ist. Die erste Freilaufvorrichtung 22 ist somit blockiert, die zweite Freilaufvorrichtung 23 frei nach beiden Richtungen drehbar. FIG. 5 shows the coupling element 31 in its lower upper position, the outer toothing 34 of the coupling element 31 being with the first inner toothing 32 of the first inner ring 24. The first freewheel device 22 is thus blocked, the second freewheel device 23 freely rotatable in both directions.
Die Fig. 6 bis 10 zeigen eine dritte Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Schalteinrichtung 30 in die Freilaufvorrichtungen 22, 23 integriert ist, welche somit als schaltbare Freilaufvorrichtungen 22, 23 ausgebildet sind. Dabei weist jede Freilaufeinrichtung 22, 23 ein schaltbares Sperrelement 50, 51 auf. Die Sperrelemente 50, 51 sind jeweils mit einem in einem Zylinder 52, 53 verschiebbar gelagerten Sperrkolben 54, 55 ausgebildet, wobei der Zylinder 52, 53 pleuelstangenfest in einem fest mit dem ersten oder zweiten Stangenteil 2, 4 verbundenen Mittelteil 60 der Drehsperreinrichtung 20 angeordnet ist. Die Achsen 52a, 53a der Zylinder 52, 53 sind etwa normal zur Drehachse 7a des ersten Getriebeteils 9 positioniert. Weiters weist jedes Sperrelement 50, 51 einen beispielsweise zylindrischen Sperrzapfen auf 56, 57 auf, welcher mit einer entsprechend dem Sperrzapfen 56, 57 geformten Sperraufnahme 58, 59 zusammenwirkt. Die Sperraufnahmen 56, 57 sind durch entsprechend den zylindrischen Sperrzapfen 56, 57
geformte Ausnehmungen in den Außenringen 26, 27 der Freilaufvorrichtungen 22, 23 gebildet, welche den Mittelteil 60 umgeben. Im in den Fig. 6 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede Freilaufvorrichtung 22, 23 einen Außenring 26, 27 auf, wobei die Außenringe 26, 27 drehfest über Mitnehmer 26b miteinander verbunden sind. Weiters ist der an die Spindelmutter 9 grenzende Außenring 27 der - in Fig. 6 oberen - zweiten Freilaufvorrichtung 23 über Mitnehmer 27b mit der Spindelmutter 9 drehfest verbunden. Es ist selbstverständlich auch möglich, die beiden Außenringe 26, 27 - analog zu den in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungen - als einzigen gemeinsamen Bauteil auszuführen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, die Außenringe 26, 27 einstückig mit der Spindelmutter 9 auszubilden. 6 to 10 show a third embodiment of the invention, in which the switching device 30 is integrated into the freewheel devices 22, 23, which are thus designed as switchable freewheel devices 22, 23. In this case, each freewheel device 22, 23 has a switchable blocking element 50, 51. The blocking elements 50, 51 are each formed with a blocking piston 54, 55 displaceably mounted in a cylinder 52, 53, wherein the cylinder 52, 53 is arranged in a connecting part fixedly connected to the first or second rod part 2, 4 of the rotary blocking device 20 , The axes 52a, 53a of the cylinders 52, 53 are positioned approximately normal to the axis of rotation 7a of the first gear part 9. Furthermore, each blocking element 50, 51 has, for example, a cylindrical locking pin 56, 57 which cooperates with a locking receptacle 58, 59 shaped in accordance with the locking pin 56, 57. The locking receptacles 56, 57 are by corresponding to the cylindrical locking pin 56, 57th shaped recesses formed in the outer rings 26, 27 of the freewheel devices 22, 23 which surround the central part 60. In the embodiment shown in FIGS. 6 to 10, each freewheel device 22, 23 an outer ring 26, 27, wherein the outer rings 26, 27 rotatably connected via driver 26 b are interconnected. Furthermore, the outer ring 27 adjoining the spindle nut 9 and of the second freewheel device 23, which is upper in FIG. 6, is connected in a rotationally fixed manner to the spindle nut 9 via drivers 27b. It is of course also possible to carry out the two outer rings 26, 27 - analogous to the embodiments shown in FIGS. 1 to 5 - as the only common component. In addition, it is also conceivable to form the outer rings 26, 27 in one piece with the spindle nut 9.
Jeder Sperrkolben 54, 55 grenzt mit einer Druckangriffsfläche 61 , 62 an einen Druckraum 63, 64, in welchen eine Druckölleitung 67 einmündet, wobei der Sperrkolben 54, 55 durch Druckerhöhung im Druckraum 63, 64 entgegen einer Rückstellkraft einer auf den Sperrkolben 54, 55 wirkenden Feder 65, 66 auslenkbar ist. Die Federn 65, 66 können beispielsweise durch Blattfedern gebildet sein. Each locking piston 54, 55 adjoins with a pressure application surface 61, 62 to a pressure chamber 63, 64, in which a pressure oil line 67 opens, wherein the locking piston 54, 55 by increasing the pressure in the pressure chamber 63, 64 against a restoring force acting on the locking piston 54, 55 Spring 65, 66 is deflectable. The springs 65, 66 may be formed for example by leaf springs.
Jede Sperraufnahme 58, 59 wird zumindest teilweise durch eine im Wesentlichen radiale Bohrung im Außenring 26, 27 gebildet. Dabei weisen die Sperraufnahmen 58, 59 jeweils in einem ersten Bereich 58a, 59a einen Anschlag 68, 69 und in einem zweiten Bereich 58b, 59b eine Rampe 70, 71 auf. Der erste Bereich 58a, 59a und der zweite Bereich 58b, 59b sind jeweils diametral bezüglich einer normal auf die Drehachse 7a des ersten Getriebeteils 9 stehenden radialen Mittelachse 58c, 59c der Sperraufnahme 58, 59 ausgebildet. Each locking receptacle 58, 59 is at least partially formed by a substantially radial bore in the outer ring 26, 27. In this case, the locking receptacles 58, 59 each have a stop 68, 69 in a first area 58a, 59a and a ramp 70, 71 in a second area 58b, 59b. The first region 58a, 59a and the second region 58b, 59b are each formed diametrically with respect to a radial center axis 58c, 59c of the blocking receptacle 58, 59 that is perpendicular to the rotational axis 7a of the first gear part 9.
Wie bei den bereits erläuterten Ausführungen ist der erste Getriebeteil 9 mit der ersten Freilaufvorrichtung 22 und der zweiten Freilaufvorrichtung 23 verbunden, wobei die Freilaufvorrichtungen 22, 23 jeweils unterschiedliche Drehrichtungen des ersten Getriebeteils 9 sperren bzw. freigeben. As in the previously described embodiments, the first transmission part 9 is connected to the first freewheel device 22 and the second freewheel device 23, wherein the freewheel devices 22, 23 each lock or release different directions of rotation of the first gear part 9.
Die Gas- und Massenkräfte bewirken eine Bewegung des kleinen Pleuelauges 3b entlang der Längsachse 1 a der Pleuelstange 1. Die axiale Bewegung wird in eine Drehbewegung der Spindelmutter 9 umgewandelt, welche an die drehfest mit der Spindelmutter 9 verbundenen Außenringe 26, 27 übertragen wird. Je nach dem Öldruckniveau wird eines der Sperrelemente 50, 51 aktiviert und eine Verkürzung oder Verlängerung der
Pleuelstange 1 ermöglicht, da der jeweilige Sperrkolben 54, 55 in Richtung des Anschlages 68, 69 blockiert, in Richtung der Rampe 70, 71 aber zulässt. The gas and mass forces cause movement of the small connecting rod 3b along the longitudinal axis 1 a of the connecting rod 1. The axial movement is converted into a rotational movement of the spindle nut 9, which is transmitted to the non-rotatably connected to the spindle nut 9 outer rings 26, 27. Depending on the oil pressure level, one of the blocking elements 50, 51 is activated and shortening or lengthening the Connecting rod 1 allows, as the respective locking piston 54, 55 blocked in the direction of the stop 68, 69, but in the direction of the ramp 70, 71 permits.
Die Fig. 7 und 9 zeigen dabei die Stellungen des ersten Sperrelementes 50 und des zweiten Sperrelementes 51 bei kurzer Pleuelstange 1 , wobei die erste Freilaufvorrichtung 22 gesperrt und die zweite Freilaufvorrichtung 23 freigegeben ist. Der Sperrzapfen 56 des ersten Sperrelementes 50 ist dabei durch Auslenkung des Sperrkolbens 54 radial in die Sperraufnahme 58 geschoben, wodurch eine Verdrehung des ersten Außenringes 26 in einer Drehrichtung blockiert ist. Der zweite Sperrkolben 55 des zweiten Sperrelementes 51 befindet sich dagegen in seiner Freigabestellung, in welcher der zweite Außenring 27 in beiden Drehrichtungen freigegeben ist. 7 and 9 show the positions of the first locking element 50 and the second locking element 51 with a short connecting rod 1, wherein the first freewheel device 22 is locked and the second freewheel device 23 is released. The locking pin 56 of the first locking element 50 is thereby pushed by deflection of the locking piston 54 radially into the locking receptacle 58, whereby a rotation of the first outer ring 26 is blocked in a rotational direction. The second locking piston 55 of the second locking element 51, however, is in its release position, in which the second outer ring 27 is released in both directions of rotation.
Die Fig. 8 und 10 zeigen die Stellungen des ersten Sperrelementes 50 und des zweiten Sperrelementes 51 bei langer Pleuelstange 1 , wobei die erste Freilaufvorrichtung 23 freigegeben und die erste Freilaufvorrichtung 22 freigegeben ist. Der Sperrzapfen 57 des zweiten Sperrelementes 51 ist dabei durch Auslenkung des zweiten Sperrkolbens 55 radial in die entsprechende Sperraufnahme 59 bewegt, wodurch eine Verdrehung des zweiten Außenringes 27 in einer Richtung blockiert ist. Der erste Sperrkolben 54 des ersten Sperrelementes 50 befindet sich dagegen in seiner durch die Feder 65 definierten Ruhestellung, in welcher der erste Außenring 26 in beiden Drehrichtungen freigegeben ist. 8 and 10 show the positions of the first locking element 50 and the second locking element 51 at long connecting rod 1, wherein the first freewheel device 23 is released and the first freewheel device 22 is released. The locking pin 57 of the second locking element 51 is thereby moved by deflection of the second locking piston 55 radially into the corresponding locking receptacle 59, whereby a rotation of the second outer ring 27 is blocked in one direction. The first locking piston 54 of the first locking element 50, however, is in its rest position defined by the spring 65, in which the first outer ring 26 is released in both directions of rotation.
Im Ausführungsbeispiel sind in jedem Außenring 26, 27 vier Sperraufnahmen 58, 59 vorgesehen. Es sind aber auch mehr, zum Beispiel acht, oder weniger, zum Beispiel zwei, Sperraufnahmen 58, 59 pro Außenring 26, 27 möglich. In the embodiment, four locking receptacles 58, 59 are provided in each outer ring 26, 27. But there are also more, for example, eight or less, for example, two, locking recordings 58, 59 per outer ring 26, 27 possible.
Das Drehmoment, das sich aus der Gaskraft der Brennkraftmaschine über die Kräftezerlegung im Schraubgetriebe 6 Gewinde ergibt, muss von dem zylindrischen zweiten Sperrzapfen 57, des aus dem feststehenden Mittelteil 60 in den zweiten Außenring 27 hineinragenden zweiten Sperrelementes 51 über die Lochleibung der zweiten Sperraufnahme 59 einseitig entgegen der Drehrichtung des Drehmoments aufgenommen werden. Das Drehmoment aus der Massenkraft beträgt etwa nur ein Drittel des Drehmomentes aus der Gaskraft. Der erste Sperrzapfen 56 für dieses Drehmoment kann somit zierlicher ausgeführt werden.
Bei niedrigem Öldruck, d.h. einem Öldruck unter einem definierten Schwellwert, überwiegt die Federkraft der ersten Feder 65 hinter dem ersten Sperrkolben 54, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des zweiten Sperrkolbens 55. Dadurch wird die Spindelmutter 9 daran gehindert, sich in Richtung einer Verkürzung der Pleuelstange 1 zu drehen. Die Massenkraft zieht die Pleuelstange 1 über die drehende Spindelmutter 9 solange auseinander bis der Hub durch die Verdrehsicherung 11 begrenzt wird. Der durch die zweite Feder 66 in die Sperrstellung gelenkte zweite Sperrzapfen 57 des zweiten Sperrelementes 51 verhindert, dass sich die Pleuelstange 1 unter der Gaskraft wieder verkürzt. The torque, which results from the gas power of the internal combustion engine via the power separation in helical gear 6 thread, must from the cylindrical second locking pin 57, the protruding from the fixed central portion 60 in the second outer ring 27 second locking element 51 on the bearing hole of the second locking receptacle 59 on one side be received against the direction of rotation of the torque. The torque from the mass force is about only one-third of the torque from the gas power. The first locking pin 56 for this torque can thus be performed daintier. At low oil pressure, ie, an oil pressure below a defined threshold, the spring force of the first spring 65 behind the first locking piston 54, whose diameter is greater than the diameter of the second locking piston 55. This prevents the spindle nut 9 is prevented from becoming shorter to turn the connecting rod 1. The mass force pulls the connecting rod 1 over the rotating spindle nut 9 apart until the stroke is limited by the rotation 11. The second locking pin 57 of the second blocking element 51, which is guided by the second spring 66 into the blocking position, prevents the connecting rod 1 from being shortened again under the gas force.
Wird der Öldruck in der Druckölleitung 67 auf einen bestimmten Schwellenwert gesteigert, kommt es zu einem Zusammendrücken der zweiten Feder 66 hinter dem zweiten Sperrkolben 55 und der Eingriff des zweiten Sperrzapfens 57 in der zweiten Sperraufnahme 59 des zweiten Außenringes 27 wird beendet. Damit wird die Sperre inaktiv und der Außenring 27 kann sich frei in die entgegengesetzte Richtung drehen. If the oil pressure in the pressure oil line 67 increased to a certain threshold, there is a compression of the second spring 66 behind the second locking piston 55 and the engagement of the second locking pin 57 in the second locking receptacle 59 of the second outer ring 27 is terminated. Thus, the lock is inactive and the outer ring 27 can rotate freely in the opposite direction.
Durch den höheren Öldruck wird auch die Federkraft hinter dem kleineren ersten Sperrzapfen 56 des ersten Sperrelementes 50 überwunden. Der erste Sperrzapfen 56 gelangt über die Verdrehung der Spindelmutter 9 über die Rampen 70 in seine erste Sperraufnahme 58 im ersten Außenring 26. Dort liegt er einseitig an und kann das Haltemoment aus der Massenkraft durch seine Lochleibung aufnehmen. Die Pleuelstange 1 wird dabei verkürzt, bis der zweite Stangenteil 4 mit seinem unteren Schaftende am Mittelteil 60 aufliegt. Due to the higher oil pressure and the spring force behind the smaller first locking pin 56 of the first locking element 50 is overcome. The first locking pin 56 passes through the rotation of the spindle nut 9 via the ramps 70 in its first locking receptacle 58 in the first outer ring 26. There he lies on one side and can absorb the holding torque from the inertia force through his bed hole. The connecting rod 1 is thereby shortened until the second rod part 4 rests with its lower end of the shaft on the central part 60.
Wenn der Öldruck wieder abgesenkt wird, überwindet die Federkraft der Feder 65 hinter dem kleinen ersten Sperrkolben 54 die Kraft aus dem Öldruck - der erste Sperrzapfen 54 wird aus der ersten Sperraufnahme 58 ausgelenkt. Die untere erste Freilaufvorrichtung 22 ist nicht mehr gesperrt, der erste Außenring kann sich jetzt in die entgegengesetzte Richtung drehen. Der obere zweite Sperrkolben 55 wird jetzt von der zweiten Feder 66 des zweiten Sperrelementes 51 während der Drehung durch die Massenkraft über die zweite Rampe 71 in seine zweite Sperraufnahme 59 geschoben. Jetzt ist die obere zweite Freilaufeinrichtung 23 gesperrt, eine Verdrehung der Spindelmutter 9 nur mir in einer der langen Pleuelstange entsprechenden Drehrichtung möglich. Eine Drehung der Spindelmutter 9 in Gegenrichtung durch die Gaskraft wird unterbunden. Die Pleuelstange 1
wird somit wieder länger, bis die Unterkante der Nut 12 im zweiten Stangenteil 4 an der Verdrehsicherung 1 1 anliegt. When the oil pressure is lowered again, the spring force of the spring 65 behind the small first locking piston 54 overcomes the force from the oil pressure - the first locking pin 54 is deflected out of the first locking receptacle 58. The lower first freewheel device 22 is no longer locked, the first outer ring can now rotate in the opposite direction. The upper second locking piston 55 is now pushed by the second spring 66 of the second locking element 51 during rotation by the inertial force via the second ramp 71 in its second locking receptacle 59. Now the upper second freewheel device 23 is locked, a rotation of the spindle nut 9 only possible in a direction of rotation corresponding to the long connecting rod. A rotation of the spindle nut 9 in the opposite direction by the gas force is prevented. The connecting rod 1 is thus longer again until the lower edge of the groove 12 in the second rod part 4 rests against the rotation 1 1.
Die erfindungsgemäße Drehsperreinrichtung (20) hat somit vorzugweise zwei Schaltzustände, einen ersten bei einem Öldruck unterhalb eines definierten Schwellwerts und einen zweiten oberhalb des Schwellwerts, bei dem die Rückstellkräfte der Federn 65, 66 überwunden werden. The turnstile device (20) according to the invention thus preferably has two switching states, a first at an oil pressure below a defined threshold and a second above the threshold at which the restoring forces of the springs 65, 66 are overcome.
Vorzugweise kann auch vorgesehen sein, dass in dem ersten Schaltzustand statt einem niedrigen Öldruck wenigstens im Wesentlichen kein Öldruck an den Sperrkolben 54, 55 anliegt. Vorzugsweise kann hierfür vorgesehen sein, dass die Pleuelstange (1 ) ein Schaltventil, insbesondere ein elektromagnetisch betätigbares Schaltventil aufweist, welches den Zufluss von Öl durch die Druckölleitung (42) steuert. Preferably, it can also be provided that in the first switching state, instead of a low oil pressure, at least substantially no oil pressure is applied to the blocking piston 54, 55. Preferably, it can be provided for this purpose that the connecting rod (1) has a switching valve, in particular an electromagnetically actuated switching valve which controls the inflow of oil through the pressure oil line (42).
Vorzugsweise weist ein solches Schaltventil zwei Schaltstellungen auf, nämlich eine erste Schaltstellung, in welcher die Drehsperreinrichtung (20) drainiert wird, und eine zweite Schaltstellung, in welcher die Drehsperreinrichtung (20) mit Öldruck beaufschlagt wird und daher Öl zugeführt wird. Bevorzugter weist ein solches Schaltventil zusätzlich eine dritte, neutrale Schaltstellung auf, in welcher die Druckölleitung (42) verschlossen bzw. blockiert wird und der jeweils vorliegende Schaltzustand der Drehsperreinrichtung (20) ohne eine Betätigung des Schaltventils erhalten bleibt.
Preferably, such a switching valve has two switching positions, namely a first switching position in which the Drehsperreinrichtung (20) is drained, and a second switching position in which the Drehsperreinrichtung (20) is acted upon by oil pressure and therefore oil is supplied. More preferably, such a switching valve in addition to a third, neutral switching position, in which the pressure oil line (42) is closed or blocked and the respective present switching state of the rotary locking device (20) is maintained without an actuation of the switching valve.