AT524593B1

AT524593B1 - Fluidkolben-Vorrichtung

Info

Publication number: AT524593B1
Application number: ATA51135/2020A
Authority: AT
Inventors: Wurster Harald; Latz Steffen; Schneck Thomas
Original assignee: Avl List Gmbh; Iwis Motorsysteme Gmbh & Co Kg
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-08-15
Also published as: AT524593A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidkolben-Vorrichtung mit einem Fluidkolben (9), einer am Umfang des Fluidkolbens (9) angeordneten Kolbendichtung (17, 18), wobei am Umfang des Fluidkolbens (9) ein Absatz zum Anordnen der Kolbendichtung (17, 18) vorgesehen und die Kolbendichtung (17, 18) an einer von dem Absatz (22, 24) ausgebildeten Schulter des Fluidkolbens (9) angeordnet ist, und einem Sicherungselement zum Sichern der Kolbendichtung (17, 18) am Umfang des Fluidkolbens (9), wobei das Sicherungselement zum Sichern der Kolbendichtung (17, 18) als eine Sicherungskrone (23) mit einem radialen Haltering (46) und mehreren sich von dem radialen Haltering (46) im Wesentlichen parallel zur Längsachse (A) des Fluidkolbens (9) erstreckenden axialen Federlaschen (47) ausgebildet ist, wobei ein der Stirnseite des Fluidkolbens (9) zugewandter Bereich des Absatzes eine umlaufende Vertiefung (53) aufweist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Sicherungskrone (23) für eine Fluidkolben-Vorrichtung, eine längenverstellbare Pleuelstange (1) mit einer derartigen Fluidkolben-Vorrichtung für eine Zylinder-Kolben-Einheit (10) zur Wirklängenverstellung der Pleuelstange (1) und einen Kolbenmotor mit einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange (1).

Description

Fluidkolben-Vorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidkolben-Vorrichtung mit einem Fluidkolben, einer am Umfang des Fluidkolbens angeordneten Kolbendichtung, wobei am Umfang des Fluidkolbens ein Absatz zum Anordnen der Kolbendichtung vorgesehen und die Kolbendichtung an einer von dem Absatz ausgebildeten Schulter des Fluidkolbens angeordnet ist, und einem Sicherungselement zum Sichern der Kolbendichtung am Umfang des Fluidkolbens. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Sicherungskrone für eine solche Fluidkolben-Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Sicherungskrone für eine Fluicdkolben-Vorrichtung. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine längenverstellbare Pleuelstange mit einer Fluidkolben-Vorrichtung für die Zylinder-Kolben-Einheit zur Wirklängenverstellung der Pleuelstange und einen Kolbenmotor mit einer solchen längenverstellbaren Pleuel-

stange.

Derartige Fluidkolben und entsprechende Fluidkolben-Vorrichtungen mit einer am Umfang des Fluidkolbens angeordneten Kolbendichtung und einem Sicherungselement zum Sichern der Kolbendichtung werden in verschiedenen Technikgebieten eingesetzt, sowohl zum Fördern entsprechender fließfähiger Fluide, beispielsweise Gase, Flüssigkeiten und Plasma, aber auch zum Antrieb und Steuern von Verstelleinrichtungen, beispielsweise zum Einstellen der Wirklänge einer längenverstellbaren Pleuelstange. Zum Sichern der Kolbendichtung am Umfang des Fluidkolbens einer Fluidkolben-Vorrichtung werden in der Technik eine ganze Reihe von unterschiedlichen axialen Sicherungselemente mit Reib- und Formschluss eingesetzt. Neben einfachen Sicherungsringen, die in entsprechende Nuten am Umfang des Fluidkolbens eingreifen, sind dies insbesondere Splinte, Sprengringe, Sicherungsschreiben, Klemmringe, Federscheiben und Siche-

rungsmuttern.

Diese aus dem Stand der Technik bekannten axialen Sicherungselemente bieten mit ihren unterschiedlichen Konstruktionen und den unterschiedlichen Prinzipien für die reib- und/oder formschlüssige Sicherung angepasste Möglichkeiten für alle Anwendungsgebiete, auch bei kleinen Durchmessern von Fluidkolben. Trotzdem weisen die in der Technik bekannten axialen Sicherungselemente, insbesondere bei Fluidkolben mit sehr kleinen Abmessungen, eine Reihe von Nachteilen auf. Der Einsatz von Splinten, Klemmringen oder Federscheiben benötigt einen minimalen Durchmesser des Fluidkolbens. Bei axialen Sicherungsringen und Sicherungsscheiben entsteht durch die Nut am Umfang des Fluidkolbens eine signifikante Kerbwirkung durch die scharfen Kanten der Nut. Weiterhin ist bei diesen Sicherungselementen die axiale Anlagefläche

relativ klein, so dass sich durch die geringe Breite der Sicherungsringe bzw. Sicherungsscheiben und bei einem durch eine Miniaturisierung des Fluidkolbens bedingten begrenzten Bauraum ein erhöhter Montageaufwand ergibt. Bei Sicherungsmuttern ist am Umfang des Fluidkolbens neben einem Absatz auch ein Gewinde notwendig, wodurch sich ein erhöhter Bauraumbedarf ergibt. Bei radial verstemmten oder axial gesicherten Ringe ist ein mehrstufiger Montageprozess notwendig, der durch eine Miniaturisierung des Fluidkolbens signifikant aufwändiger wird.

Ein technisch herausforderndes Einsatzgebiet derartiger Fluidkolben-Vorrichtungen sind längenverstellbare Pleuelstangen für Kolbenmotoren, bei denen Fluidkolben-Vorrichtungen mit sehr kleinen Abmessungen in der Verstelleinrichtung zum Einstellen der Wirklänge der Pleuelstange zum Einsatz kommen. In den entsprechenden Zylinder-Kolben-Einheiten der Pleuelstange sind der Fluidkolben und die am Umfang des Fluidkolbens angeordnete Kolbendichtung extremen Betriebsbelastungen ausgesetzt, während die Serienproduktion im Bereich der Automobilindustrie hohe Anforderungen an eine kostengünstige Herstellung und einfache Montage stellt.

Mittels längenverstellbarer Kolbenstangen wird bei Verbrennungsmotoren mit Hubkolben das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs so verändert und auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors angepasst, um den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern. Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu, jedoch kann ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstzündung des Kolbenmotors führen. Eine solche frühzeitige Verbrennung des Kraftstoffes führt nicht nur zu einem unruhigen Lauf und dem sogenannten Klopfen des Motors, sondern kann auch zu Bauteilschäden am Motor führen. Im Teillastbereich ist die Gefahr der Selbstzündung geringer, so dass ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich ist. Neben längenverstellbaren Kolbenstangen gibt es zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses („variable compression ratio“ VCR) weitere Lösungen, mit denen die Lage des Hubzapfens der Kurbelwelle oder des Kolbenbolzens des Hubkolbens verändert oder die effektive Länge der Pleuelstange variiert wird.

Die WO 2015/055582 A2 beschreibt beispielsweise eine längenverstellbare Pleuelstange mit teleskopartig ineinander verschiebbaren Pleuelteilen, wobei der am ersten Pleuelteil vorgesehene Fluidkolben mit gesicherter Kolbendichtung den Zylinder des zweiten Pleuelteils in zwei Druckräume unterteilt. Die beiden Druckräume dieser Zylinder-Kolben-Einheit werden über Rückschlagventile mit Motoröl versorgt, wobei sich jeweils nur in einer Druckkammer unter Druck stehendes Motoröl befindet. Ist die längenverstellbare Pleuelstange in der langen Position, befindet

sich in der oberen Druckkammer kein Motoröl, während die untere Druckkammer hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Im Betrieb wird dann eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit dem oberen Anschlag des Fluidkolbens aufgenommen. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf die motorölgefüllte untere Druckkammer übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den Rücklauf des Motoröls unterbindet, steigt der Druck des Motoröls an, so dass die Pleuelstange in dieser Richtung hydraulisch gesperrt ist. In der kurzen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange drehen sich die Verhältnisse in der Zylinder-Kolben-Einheit um. Die untere Druckkammer ist leer, während die obere Druckkammer mit Motoröl gefüllt ist. Entsprechend bewirkt eine Zugkraft einen Druckanstieg in der oberen Kammer und eine hydraulische Sperrung der längenverstellbaren Pleuelstange, während eine Druckkraft durch den mechanischen Anschlag des Fluidkolbens aufgenommen wird.

Beim Betrieb einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange in einem Kolbenmotor sind die von der Pleuelstange zu übertragenden Kräfte beträchtlich, weshalb die Drücke in den Druckkammern der Zylinder-Kolben-Einheit und damit auch auf die Fluidkolben und Kolbendichtungen sehr hoch sein können. Angesichts der hohen Innendrücke in den Druckkammern ist sowohl die Dauerfestigkeit aller im Bereich der Zylinder-Kolben-Einheit verwendeten Werkstoffe problematisch, aber auch die Konstruktion der Fluidkolben-Vorrichtung im Hinblick auf die Belastungen

und den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum.

Im Hinblick auf die extremen Druckdifferenzen in den Druckkammern einer Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange von über 1000 bar und den Einfluss der Kraftübertragung über die Pleuelstange an die Kurbelwelle auf die Leistung des Kolbenmotors ist eine gute und sichere Abdichtung der Fluidkolben gegenüber dem Zylinder essenziell. Eine Leckage aus dem jeweils gesperrten Druckraum führt zu einem Einrücken des Fluidkolbens in die jeweilige Druckkammer, wodurch ein Arbeitsbetrag entsprechend der Kraft auf den Fluidkolben und dem Weg des Fluidkolbens dissipiert wird, was zu einem Leistungsverlust des Kolbenmotors führt. Dieser Leistungsverlust ist entsprechend den jeweiligen Konstruktionen der Zylinder-Kolben-Einheiten von dem verbesserten thermischen Wirkungsgrad durch das variable Verdich-

tungsverhältnis abzuziehen.

Wie in herkömmlichen Fluidkolben-Vorrichtungen werden auch in längenverstellbaren Pleuelstangen mit Zylinder-Kolben-Einheiten als Dichtungen meistens berührende Kolbendichtungen eingesetzt. In der DE 10 2016 120 967 A1 wird beispielsweise eine längenverstellbare Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit beschrieben, bei der die beiden Druckkammern einer Zylinder-Kolben-Einheit von jeweils mindestens einer auf dem Umfang des Fluidkolbens

angeordneten Kolbendichtung abgedichtet werden. Dabei ist jede Kolbendichtung in einer umlaufenden Kolbennut angeordnet, die an der der Druckkammer zugewandten Außenwandung des Fluidkolbens ausgebildet ist. Da die Fluidkolben-Vorrichtungen einer Zylinder-Kolben-Einheit für einen Einsatz bei sehr hohen Drücken ausgerichtet sind, weisen die entsprechenden Kolbendichtungen oftmals einen komplexen Aufbau, geringe Elastizität oder empfindliche Oberflächen auf, so dass bei einer Montage der Kolbendichtungen leicht Beschädigungen auftreten, die wiederum zu einem Versagen der längenverstellbaren Pleuelstange führen können. Darüber hinaus müssen die Kolbendichtungen möglichst genau auf dem Fluidkolben angeordnet sein, d.h. ohne ein zu großes Spiel zu haben oder gequetscht zu werden, um eine optimale Funktion bei den extremen Druckdifferenzen in den Druckkammern der Zylinder-Kolben-Einheit zu gewährleisten.

Lösungen, die sich ebenfalls mit Dichtungen im Allgemeinen und Kolbendichtungen im Besonderen befassen, zeigen beispielsweise die WO 00/06921 A1, DE 102011 103 377 A1, DE 199 49 205 A1, DE 10 2018 105 469 A1, DE 10 2011 011 225 A1, DE 10 2016 214 531 A1, WO 2020/227748 A1 und DE 10 2018 205 184 A1.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidkolben-Vorrichtung sowie eine entsprechende längenverstellbare Pleuelstange bereitzustellen, die bei einer kostengünstigen Herstellung eine einfache Montage und sichere Funktion der Dichtungseinrichtung am Umfang des Fluidkolbens ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Fluidkolben-Vorrichtung, bei der das Sicherungselement zum Sichern der Kolbendichtung am Umfang des Fluidkolbens als eine Sicherungskrone mit einem radialen Haltering und mehreren sich von dem radialen Haltering im Wesentlichen parallel zur Längsachsenrichtung des Fluidkolbens erstreckenden axialen Federlaschen ausgebildet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein der Stirnseite des Fluickolbens zugewandter Bereich des Absatzes eine umlaufende Vertiefung zum Einrasten der Federlaschen aufweist. Mit anderen Worten ist eine Sicherungskrone mit einem Haltering vorgesehen, der sich im montierten Zustand in einer normal zur Längsachsenrichtung des Fluidkolbens orientierte Ebene befindet. Axiale Federlaschen verlaufen in einem Winkel zum radialen Haltering bzw. zu der Ebene normal zur Längsachsenrichtung. Im Wesentlichen verlaufen die axialen Federlaschen in Richtung der Längsachsenrichtung des Fluidkolbens bzw. mit einer geringen Neigung dazu. Eine solche Sicherungskrone ist ein einfaches Bauteil und ermöglicht trotzdem eine sichere Positionierung der Kolbendichtung am Umfang des Fluidkolbens bei einer sehr einfachen Montage, da die Sicherungskrone lediglich auf den Fluidkolben aufgeschoben werden muss. Der radiale Haltering ist dabei als eine flache sich senkrecht zur Längsachsenrichtung des Fluidkolbens

in radialer Richtung erstreckende Ringscheibe ausgebildet, von der sich in eine Richtung mindestens drei Federlaschen, bevorzugt mindestens acht Federlaschen, im Wesentlichen parallel zur Längsachsenrichtung des Fluidkolbens erstrecken, d.h. nicht notwendigerweise achsparallel zur Längsachsenrichtung, jedoch in einem Winkel von unter 45° zur Längsachsenrichtung erstrecken. Dabei stehen die Federlaschen auf einer der Kolbendichtung abgewandten Seite des radialen Halterings in Längsachsenrichtung vor. Die Vielzahl der im Wesentlichen gleichmäßig am Umfang des radialen Halterings angeordneten Federlaschen ermöglicht eine einfache Zentrierung der Sicherungskrone am Umfang des Fluidkolbens, wobei die Zentrierfunktion sich mit der Anzahl der Federlaschen verbessert. Die von der Sicherungskrone am Umfang des Fluidkolbens angeordnete Kolbendichtung kann so sicher an der vom Absatz ausgebildeten Schulter des Fluidkolbens anliegen, wobei die axialen Federlaschen mittels Formschluss in der umlaufenden Vertiefung fixiert sind und dadurch sicher ein Abheben der Kolbendichtung von der Schulter verhindern. Dabei ist die am Fluidkolben umlaufende Vertiefung oder Einkerbung bevorzugt als Gegenkontur zu den axialen Federlaschen ausgebildet. Weiter ist so eine sichere Fixierung der axialen Federlaschen trotz einer relativ flachen Vertiefung oder Einkerbung möglich, so dass im Gegensatz zu einer für herkömmliche Sicherungsringe und Sicherungsscheiben notwendigen scharfkantigen Nut am Umfang des Fluidkolbens nur eine nahezu vernachlässigbare Kerbwirkung im Fluidkolben entsteht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der radiale Haltering mehrere, sich nach innen in Richtung des Fluidkolbens erstreckende und gegenüber dem radialen Haltering radial vorstehende Rückhalteelemente aufweist. Mit anderen Worten weist der umlaufend zum Fluidkolben angeordnete Haltering Rückhalteelemente auf, die im Wesentlichen so wie der Haltering in der Ebene normal zur Längsachsenrichtung liegen und hinsichtlich des Halterings in radialer Richtung nach innen verlaufend ausgeführt sind. Die jeweils zwischen zwei Federlaschen angeordneten Rückhalteelemente weisen auf der der Kolbendichtung zugewandten Seite entsprechende Rückhalteflächen zur Anlage an und sicheren Positionierung der Kolbendichtung auf dem Fluidkolben auf. Dabei muss nicht in jedem Zwischenraum zwischen zwei Federlaschen ein Rückhalteelement vorgesehen sein. Bei einer geringen Anzahl von Federlaschen können aber auch mehrere Rückhalteelemente zwischen zwei Federlaschen vorgesehen sein. Die Rückhaltelemente verhindern durch das Anliegen der Rückhalteflächen an der Kolbendichtung ein Abheben der Kolbendichtung von einer zugehörigen Anlageschulter, eine axiale Bewegung der Kolbendichtung am Umfang des Fluidkolbens und ein Abstreifen der Kolbendichtung vom Fluidkolben. Dabei ist die Kolbendichtung für eine erfindungsgemäße Fluidkolben-Vorrichtung üblicherweise als eine einteilige Dichtung mit zwei sich axial erstreckenden Dichtlippen ausgebildet.

Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass die axialen Federlaschen jeweils ein mit dem radialen Haltering verbundenen Basisabschnitt und einen freien Endabschnitt aufweisen, wobei der Endabschnitt gegenüber dem Basisabschnitt weiter nach innen in Richtung des Fluidkolbens gebogen ist. Mit anderen Worten sind die Endabschnitte stärker zu einer Längsachsenrichtung geneigt ausgeführt als die Basisabschnitte. In einer Variante verlaufen die Basisabschnitte im Wesentlichen parallel zur Längsachsenrichtung des Fluidkobens während die Endabschnitte geneigt zu dieser Längsachsenrichtung verlaufen. Derartig ausgebildete axiale Federlaschen mit einem Basisabschnitt und einem stärker geneigten Endabschnitt, wobei sich die Abschnitte beide im Wesentlichen in Richtung der Längsachsenrichtung des Fluidkolbens erstrecken, verhindern eine fehlerhafte Montage der Sicherungskrone in eine falsche Richtung. Dies erlaubt eine sichere Montage bei einem sehr geringen Montageaufwand, da bei der Montage der Sicherungskrone am Umfang des Fluidkolbens diese nur in eine Richtung aufgezogen bzw. aufgesteckt werden

kann.

Günstigerweise kann der Endabschnitt der axialen Federlaschen gegenüber dem Basisabschnitt abgewinkelt sein und gegenüber dem Basisabschnitt in Richtung des Fluidkolbens einen Winkel von höchstens 20°, bevorzugt einen Winkel von höchstens 15°, insbesondere einen Winkel von etwa 10°, aufweisen, wobei der Basisabschnitt der axialen Federlaschen optional gegenüber der Längsachsenrichtung einen Winkel von höchstens 15°, bevorzugt von höchstens 10°, aufweisen kann. Dabei sind die Werte für den unbelasteten Zustand der Federlaschen angegeben. Entsprechend ist der Endabschnitt der axialen Federlaschen weiter nach innen in Richtung des Fluidkolbens gebogen. Diese besondere Anordnung der Endabschnitte der axialen Federlaschen sowie die optionale Neigung des Basisabschnitts, ermöglichen nicht nur eine besonders gute Zentrierung der Sicherungskrone bei der Montage auf dem Fluidkolben, sondern auch eine sichere Anordnung der Kolbendichtung über den radialen Haltering.

Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass die umlaufende Vertiefung des der Stirnseite des Fluidkolbens zugewandten Bereichs des Absatzes als eine sägezahnartige Einkerbung

ausgeführt ist.

Eine weitere Variante sieht vor, dass die Sicherungskrone in einem Stanz-Biege-Verfahren hergestellt ist, bevorzugt aus einem Kaltbandstahl hergestellt ist. Die Ausgestaltung der Siche-

rungskrone als einfaches Blechbiegeteil ermöglicht eine relativ kostengünstige Herstellung und

eine Bereitstellung in hoher Stückzahl. Alternativ könnte die Sicherungskrone auch aus Kunststoff hergestellt sein, bevorzugt als ein in einem Spritzgießverfahren hergestelltes Kunststoffteil,

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Sicherungskrone für eine der vorbeschriebenen Fluidkolben-Vorrichtungen, wobei die Sicherungskrone einen radialen Haltering zum Positionieren einer Kolbendichtung auf einem Fluidkolben und mehrere sich von dem radialen Haltering erstreckende axiale Federlaschen zum Positionieren der Sicherungskrone auf dem Fluickolben aufweist. Die auch als Einzelbauteil anbietbare Sicherungskrone ermöglicht bei der Nutzung in einer Fluidkolben-Vorrichtung eine sichere Fixierung einer Kolbendichtung am Umfang des Fluidkolbens sowie eine einfache Montage der Sicherungskrone, bei der gleichzeitig auch eine Zentrierung der Sicherungskrone erfolgt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Sicherungskrone für eine der vorbeschriebenen Fluidkolben-Vorrichtungen weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Bandstahls, bevorzugt eines Kaltbandstahls; Ausstanzen einer zentralen Öffnung, bevorzugt einer kreisförmigen Öffnung; Ausstanzen der Federlaschen und mehrerer zwischen den Federlaschen angeordneter Rückhalteelemente, ausgehend von der zentralen Öffnung; Biegen von Endabschnitten der Federlaschen in einer ersten Richtung; Biegen von Basisabschnitten der Federlaschen in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung; Ausstanzen der Sicherungskrone am Umfang des radialen Halterings aus dem Bandstahl.

Dieses Verfahren zum Herstellen einer Sicherungskrone erlaubt gleichzeitig eine kostengünstige und qualitativ hochwertige Produktion von Sicherungskronen in hoher Stückzahl. Dabei ermöglicht die Aufteilung des Verfahrens zum Herstellen der Sicherungskrone in verschiedene einzelne Ausstanz- und Biegeschritte sehr kurze Taktzeiten, da die einzelnen Schritte in einem Durchlaufverfahren an verschiedenen Positionen gleichzeitig an mehreren mit dem Bandstahl noch verbundenen, unterschiedlichen Sicherungskronen ausgeführt werden können. So kann beim geringen Materialeinsatz eine in einem einfachen Stanz-Biege-Verfahren hergestellte Sicherungskrone ohne spanende Nachbearbeitung bei sehr kurzen Prozesszeiten hergestellt werden.

Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Kolbenmotor, wobei eine Verstelleinrichtung zum Einstellen der Wirklänge der

Pleuelstange eine in der Pleuelstange angeordnete Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder längsbeweglich angeordneten Fluidkolben, der mit der Kolbenstange verbunden ist, mindestens einem in dem Zylinder ausgebildeten Druckraum, der von dem bewegbaren Fluidkolben einseitig begrenzt ist, und zumindest einer zwischen einer Außenwandung des Fluidkolbens und der Innenwandung des Zylinders angeordneten Dichtungseinrichtung aufweist, und wobei eine Fluid-Kolben-Vorrichtung gemäß der vorbeschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist, die Kolbendichtung der Fluidkolben-Vorrichtung die Dichtungseinrichtung der Zylinder-Kolben-Einheit ausbildet und wobei die Sicherungskrone die Kolbendichtung am Umfang des Fluidkolbens sichert. Eine erfindungsgemäß vorgesehene Sicherungskrone ermöglicht eine positionsgenaue Sicherung der Kolbendichtung am Umfang des Fluidkolbens und damit eine im Wesentlichen spielfreie und trotzdem quetschfreie Positionierung der in sich geschlossenen einteiligen Kolbendichtung. Dabei ist die Kolbendichtung bevorzugt als Hochdruck-Dichtungsring ausgebildet, der einteilig oder aus mehreren, radial nicht trennbaren Teilen ausgeführt ist. Der Dichtungsring weist eine entsprechend der Form des Fluidkolbens runde oder leicht ovale Form auf und ermöglicht trotz der im Druckraum auftretenden hohen Drücke eine komplette hydraulische Trennung.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Fluidkolben der Zylinder-Kolben-Einheit als ein zweiseitig wirkender Fluidkolben ausgebildet ist, wobei der in Längsachsenrichtung bewegbar angeordnete Fluidkolben in dem Zylinder einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum ausbildet und jeweils einseitig begrenzt. Die Druckräume befinden sich insbesondere in Längsachsenrichtung des Fluidkolbens auf gegenüberliegenden Seiten des Fluidkolbens. Ein zweiseitig wirkender Fluidkolben ermöglicht ein Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange sowohl in Richtung eines größeren Verdichtungsverhältnisses als auch in Richtung eines geringeren Verdichtungsverhältnisses mittels einer einzelnen Zylinder-Kolben-Einheit. Dabei kann am Umfang des Fluidkolbens in Richtung beider Druckräume jeweils eine Kolbendichtung vorgesehen sein, die über einzelne Sicherungskronen am Umfang des Fluidkolbens gesichert sind. Alternativ kann nur eine, insbesondere die einer Kolbenstange zugewandte Kolbendichtung mit einer Sicherungskrone gesichert sein, während eine abgewandte Kolbendichtung

mittels einer Sicherungsmutter oder mittels eines aufgepressten Halterings montiert ist.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass die Pleuelstange zumindest zwei Pleuelteile aufweist, wobei das erste Pleuelteil ein erstes Pleuelauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und das zweite Pleuelteil ein zweites Pleuelauge zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, und wobei das erste Pleuelteil gegenüber dem

zweiten Pleuelteil in Längsachsenrichtung der Pleuelstange bewegbar ist, bevorzugt teleskopierbar bewegbar ist, um den Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen zu verstellen. Mit anderen Worten ist das erste Pleuelteil gegenüber dem zweiten Pleuelteil in Längsachsenrichtung der Pleuelstange bzw. des Fluidkolbens bewegbar, um den Abstand zwischen dem ersten Pleuelauge und dem zweiten Pleuelauge zu verstellen. Im Gegensatz zu Pleuelstangen mit Exzenterverstellung ermöglichen zwei in Längsachsenrichtung der Pleuelstange zueinander bewegbare Pleuelteile einen stabilen Aufbau sowie einen sicheren dauerhaften Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegbaren Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder sowie mit zumindest einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen. Bevorzugt sind sämtliche Hubkolben des Kolbenmotors mit einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange ausgestattet, und die jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheiten mit der Motorölhydraulik des Kolbenmotors verbunden. Die Kraftstoffeinsparung eines solchen Kolbenmotors kann beträchtlich sein, wenn in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand das Verdichtungsverhältnis entsprechend eingestellt wird. Mittels einer erfindungsgemäßen Fluidkolben-Vorrichtung kann die Kolbendichtung sicher am Umfang des Fluidkolbens angeordnet sein, so dass neben einem einfachen und sicheren Aufbau auch eine dauerhafte Funktion der längenverstellbaren

Pleuelstange möglich ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbei-

spiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der teilweise freigeschnittenen längenverstellbaren Pleuel-

stange, Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht des ersten Pleuelteils aus Fig. 2, Fig. 4 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Fluidkolben-Vorrichtung aus Fig. 3,

Fig. 5a eine perspektivische Ansicht der Sicherungskrone aus Fig. 3 und Fig. 4,

Fig. 5b eine Schnittansicht der Sicherungskrone in Längsachsenrichtung des Fluidkolbens entlang einer axialen Federlasche,

Fig. 5c eine teilweise Draufsicht auf die Sicherungskrone aus Fig. 5a,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der verschiedenen Verfahrensschritte zum Herstellen einer

Sicherungskrone aus einem Bandstahl und

Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des ersten Pleuelteils aus Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte längenverstellbare Pleuelstange 1 umfasst zwei teleskopierbar zueinander bewegbare Pleuelteile 2, 3. Das in der Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 in Fig. 1 unten angeordnete zweite Pleuelteil 2 weist ein großes Pleuelauge 4 auf, mit dem die längenverstellbare Pleuelstange 1 auf der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Kolbenmotors gelagert ist. Dazu ist am zweiten Pleuelteil 2 weiter eine Lagerschale 5 angeordnet, die zusammen mit dem ebenfalls lagerschalenartig ausgebildeten unteren Bereich der zweiten Pleuelstange 2 das große Pleuelauge 4 ausbildet. Die Lagerschale 5 und das zweite Pleuelteil 2 werden mittels Pleuelschrauben 31 miteinander verbunden. Gehäusefest bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das zweite Pleuelteil 2 abgesehen von der Drehbewegung um bzw. mit der Kurbelwelle keine Bewegung ausführt. Das verstellbare erste Pleuelteil 3 weist einen Pleuelkopf 6 mit einem kleinen Pleuelauge 7 auf, das den Kolbenbolzen (nicht gezeigt) des Hubkolbens im Kol-

benmotor aufnimmt.

Wie In der teilweise freigeschnittenen Ansicht in Fig. 2 gut zu erkennen, ist der Pleuelkopf 6 mit einer Kolbenstange 8 und über die Kolbenstange 8 mit dem Fluidkolben 9 einer hier als Zylinder-Kolben-Einheit 10 ausgebildeten Verstelleinrichtung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 verbunden. Der Fluidkolben 9 ist in einem Zylinder 12 der Zylinder-Kolben-Einheit 10 längs beweglich. Der Pleuelkopf 6 ist üblicherweise mit der Kolbenstange 8 verschraubt, verschweißt oder verstiftet, während der Fluidkolben 9 und die Kolbenstange 8 einteilig ausgebildet sind. In anderen, nicht dargestellten Varianten sind der Fluidkolben 9 und die Kolbenstange 8 mehrteilig ausgeführt und z.B. miteinander durch Verschrauben oder einen Presssitz verbunden während der Pleuelkopf 6 einstückig mit der Kolbenstange 8 ausgeführt ist. Die einteilige Ausbildung gemäß Fig. 2 ermöglicht vor einem Zusammenbau des ersten Pleuelteils 3, einen Zylinderdeckel 15 der Zylinder-Kolben-Einheit 10 und eine Stangendichtung 16 auf der Kolbenstange 8 sowie eine obere Kolbendichtung 17 als Teil der zwischen einer Außenwandung des Fluidkolbens

9 und einer Innenwandung des Zylinders 12 angeordneten Dichtungseinrichtung an dem Fluidkolben 9 einfach und sicher anzuordnen. Dafür ist im Inneren des Pleuelkopfs 6 eine Schraubverbindung 44 zwischen dem Pleuelkopf 6 und der Kolbenstange 8 vorgesehen. Alternativ kann in der in Fig. 3 dargestellten Variante des ersten Pleuelteils 3 auch der Fluidkolben 9 über eine entsprechende Schraubverbindung 44 mit der Kolbenstange 8 verschraubt sein und als Teil einer Fluidkolben-Vorrichtung der Montage der längenverstellbaren Pleuelstange 1 als vorgefertigte Einheit bereitgestellt werden. Darüber hinaus können in nicht dargestellten Varianten die Kolbenstange 8 und der Pleuelkopf 6 auch verpresst, verschweißt oder verstiftet sein.

Das erste Pleuelteil 3 ist über den Fluidkolben 9 teleskopierbar in dem zweiten Pleuelteil 2 geführt, um den Abstand zwischen dem im kleinen Pleuelauge 7 aufgenommenen Kolbenbolzen des Hubkolbens und der in dem großen Pleuelauge 4 aufgenommenen Kurbelwelle des Kolbenmotors zu verstellen und so das Verdichtungsverhältnis des Kolbenmotors an den jeweiligen Betriebszustand anzupassen. Mit anderen Worten kann der Abstand zwischen dem kleinen Pleuelauge 7 und dem großen Pleuelauge 4 verstellt werden. Dadurch ist es möglich, den Kolbenmotor im Teillastbereich mit einem höheren Verdichtungsverhältnis als unter Volllast zu betreiben und so den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen. In einem Gehäuse 11 des zweiten Pleuelteils 2 ist im oberen Bereich ein Zylinder 12 ausgebildet, der als Zylinderbohrung oder Zylinderhülse in das Gehäuse 11 des zweiten Pleuelteils 2 eingebracht ist. In dem Zylinder 12 ist der Fluidkolben 9 des ersten Pleuelteils 3 in Längsachsenrichtung A der Pleuelstange 1, bzw. des Fluidkolbens 9 bewegbar angeordnet, um gemeinsam mit dem Zylinder 12 und dem Zylinderdeckel 15 die Zylinder-Kolben-Einheit 10 auszubilden. Der Fluidkolben 9 ist in Fig. 2 in einer Mittelstellung dargestellt, in der der Fluidkolben 9 den Zylinder 12 in zwei Druckräume 13 und 14 unterteilt. Die Druckräume 13, 14 befinden sich in Längsachsenrichtung A auf gegenüberliegenden Seiten des Fluidkolbens 9.

Die Kolbenstange 8 erstreckt sich von dem Fluidkolben 9 durch den oberen Druckraum 14 und den Zylinderdeckel 15 hindurch, der das Gehäuse 11 und den Zylinder 12 nach oben hin begrenzt. An dem Zylinderdeckel 15 ist eine Stangendichtung 16 vorgesehen, die von einem Sicherungsring 19 am Übergang zwischen Kolbenstange 8 und dem Zylinderdeckel 15 gehalten wird. Die Stangendichtung 16 umgibt die Kolbenstange 8 und dichtet den oberen Druckraum 14 gegenüber der Umgebung ab. Die beiden auf dem Fluidkolben 9 angeordneten Kolbendichtungen 17, 18 dichten den Fluidkolben 9 gegenüber dem Zylinder 12 und damit auch die Druckräume 13, 14 zueinander ab, wobei zumindest die untere Kolbendichtung 18, bevorzugt beide Kolbendichtungen 17, 18 als Hochdruck-Dichtungsringe ausgeführt sind. Möglich ist dabei eine einteilige

Ausführung oder eine Ausbildung aus mehreren, radial nicht trennbaren Teilen. Der Sicherungsring 19 bildet zusammen mit dem Zylinderdeckel 15 einen oberen Anschlag aus, an dem der Fluidkolben 9 in der oberen Stellung, der langen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1, anliegt, während in der unteren Stellung (Kurzstellung) der längenverstellbaren Pleuelstange

1 der Fluidkolben 9 an dem vom Zylinderboden 20 ausgebildeten unteren Anschlag anliegt.

Die beiden auf dem Fluidkolben angeordneten Kolbendichtungen 17, 18 dichten den Fluidkolben 9 gegenüber dem Zylinder 12 und damit auch die Druckräume 13, 14 zueinander ab. Die den oberen Druckraum 14 abdichtende Kolbendichtung 17 wird vor der Verbindung des Pleuelkopfs 6 mit der Kolbenstange 8 und vor der Montage der Stangendichtung 16 auf einem der Kolbenstange 8 zugewandten Absatz 22 im Fluidkolben 9 angeordnet und durch eine auf dem Absatz 22 aufgesetzte oder aufgeclipste Sicherungskrone 23 gesichert.

Am Pleuelkopf 6 des oberen Pleuelteils 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur Kolbenstange 8 bzw. zur Längsachsenrichtung A ein in Richtung des Gehäuses 11 vorstehender Führungsstift 28 vorgesehen. Der fest mit dem Pleuelkopf 6 verbundene Führungsstift 28 ist verschiebbar in einer am Gehäuse 11 ausgebildeten Führungsbohrung 29 angeordnet, so dass sich bei einer axialen Bewegung des ersten teleskopierbaren Pleuelteils 3 in Längsachsenrichtung A relativ zum gehäusefesten zweiten Pleuelteil 2 keine Rotation der Pleuelteile 2, 3 zueinander und damit eine Verdrehung des ersten Pleuelauges 7 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und des zweiten Pleuelauges 4 zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens auftritt. Auch andere, nicht dargestellte Lösungen zur Verdrehsicherung sind möglich.

Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist befindet sich in dem Gehäuse 11 des zweiten Pleuelteils 2 unterhalb des Zylinders 12 eine hydraulische Steuereinrichtung 21 zur Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit 10. Anhand der in Fig. 2 schematisch dargestellten hydraulischen Verschaltung der Steuereinrichtung 21 wird die Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit 10 und die Steuerung der Wirklängenverstellung der Pleuelstange 1 im Folgenden näher erläutert. Die beiden Druckräume 13, 14 sind jeweils über getrennte Hydraulikmittelleitungen 32, 33 und separate Rückschlagventile 34, 35 und einem gemeinsamen Ölversorgungskanal 36, der in dem groBen Pleuelauge 4 mündet, mit dem Motorölkreislauf des Kolbenmotors verbunden. Ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in der langen Position, befindet sich im oberen Druckraum 14 kein Motoröl, während der untere Druckraum 13 hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Während des Betriebs wird die Pleuelstange 1 aufgrund der Massen- und Gaskräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Stellung wird die Zugkraft durch den mechanischen Kontakt

des Fluidkolbens 9 mit dem Sicherungsring 19 aufgenommen, wobei sich die Länge der Pleuelstange 1 nicht weiter verändert. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf den mit Motoröl gefüllten unteren Druckraum 13 übertragen. Da das dem unteren Druckraum 13 zugeordnete Rückschlagventil 35 ein Ausströmen des Motoröls verhindert, steigt der Druck des Motoröls stark an und verhindert eine Änderung der Pleuellänge, wodurch die längenverstellbare Pleuelstange 1 in dieser Bewegungsrichtung hydraulisch gesperrt ist.

In der Kurzstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum 13 ist vollständig leer und eine Druckkraft wird durch den mechanischen Anschlag des Fluidkolbens 9 am Zylinderboden 20 aufgenommen, während der obere Druckraum 14 mit Motoröl gefüllt ist, so dass eine Zugkraft auf die längenverstellbare Pleuelstange 1 einen Druckanstieg im oberen Druckraum 14 und eine hydraulische Sperrung bewirkt.

Die Wirklänge der hier dargestellten längenverstellbaren Pleuelstange 1 kann zweistufig verstellt werden, indem einer der beiden Druckräume 13, 14 entleert wird und der jeweils andere Druckraum 13, 14 mit Motoröl gefüllt wird. Hierzu wird in der hydraulischen Steuereinrichtung 21 jeweils eines der Rückschlagventile 34, 35 überbrückt, so dass das Motoröl aus dem bisher gefüllten Druckraum 13, 14 abfließen kann. Das jeweilige Rückschlagventil 34, 35 verliert so seine Wirkung. Dazu umfasst die hydraulische Steuereinrichtung 21 ein 3/2-Wegeventil 37, dessen beiden schaltbaren Anschlüsse 40 jeweils über eine Drossel 38, 39 mit einer Hydraulikmittelleitung 32, 33 der Druckräume 13, 14 verbunden sind. Dabei wird das 3/2-Wegeventil 37 über den Druck des Motoröls betätigt, das dem 3/2-Wegeventil 37 über eine mit dem Ölversorgungskanal 36 verbundene Steuerdruckleitung 41 zugeführt wird. Die Rückstellung des 3/2-Wegeventils 37 erfolgt durch eine Rückstellfeder 42.

Die beiden schaltbaren Anschlüsse 40 des 3/2-Wegeventils 37 sind mit einem Abströmkanal 43 verbunden, der das aus den Druckräumen 13, 14 abgeführte Motoröl an den Ölversorgungskanal 36 abgibt, von wo aus es zur Befüllung des jeweils anderen Druckraums 14, 13 zur Verfügung steht oder über das große Pleuelauge 4 an die Umgebung abgegeben werden kann. In der in Fig. 2 dargestellten Vorzugslage des 3/2-Wegeventils 37 ist der obere Druckraum 14

geöffnet.

Die Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des ersten Pleuelteils 3 für die Verwendung mit der längenverstellbaren Pleuelstange 1 aus Fig. 2. Im Inneren des Fluidkolbens 9 ist eine Schraubverbindung 44 zwischen dem Fluidkolben 9 und der Kolbenstange 8 vorgesehen. Vor dem Verbinden der Kolbenstange 8 mit dem Fluidkolben 9 werden

zunächst der Zylinderdeckel 15, die Stangendichtung 16 und der Sicherungsring 19 auf den oberen Teil der Kolbenstange 8 aufgeschoben, wobei die von dem Sicherungsring 19 gehaltene Stangendichtung 16 im montierten Zustand des ersten Pleuelteils 3 im zweiten Pleuelteil 2 die Kolbenstange 8 und damit den oberen Druckraum 14 gegenüber der Umgebung abdichtet. Weiter wird die obere Kolbendichtung 17 auf den Absatz 22 aufgeschoben und dort durch die Sicherungskrone 23, die ebenfalls auf den Absatz 22 des Fluidkolbens 9 aufgeschoben und formschlüssig gehalten wird, im Wesentlichen spielfrei und ohne mechanische Belastung in ihrer Position gehalten. Erst danach wird die Kolbenstange 8 zusammen mit der Stangendichtung 16, dem Zylinderdeckel 15 und dem Pleuelkopf 6 mittels der Schraubverbindung 44 mit dem Fluidkolben 9 verbunden.

In einem zweiten vorgelagerten oder nachgelagerten Arbeitsschritt wird die untere Kolbendichtung 18 auf den unteren Absatz 24 am freien Ende des Fluidkolbens 9 positioniert und von einer Sicherungsmutter 25 gesichert, die auf einem Gewinde 26 am Absatz 24 bis zu einem Anschlag 45 aufgeschraubt wird. Alternativ kann auch hier eine Sicherungskrone 23 oder herkömmliche Sicherungsringe und Sicherungsschreiben zur Positionierung der unteren Kolbendichtung 18 auf dem unteren Absatz 24 eingesetzt werden. In der in Fig. 3 dargestellten Variante kann die Sicherungsmutter 25 über ein abgeflachtes Werkzeugaufnahmeprofil 30 auf das Gewinde 26 aufgeschraubt werden, so dass die Sicherungsmutter 25 nicht gegenüber der unteren Kolbendichtung 18 vorsteht. Zusammen mit dem Absatz 24 bildet die an einem Anschlag 45 (siehe Fig. 3) sicher anliegende Sicherungsmutter 25 eine Ringnut 27 aus, in der der Kolben-

dichtring 18 relativ spiel- und quetschfrei und ohne Montageschäden angeordnet ist.

Unter dem oberen Absatz 22 und dem unteren Absatz 24 wird hier ein Abschnitt des Fluidkolbens 9 verstanden, der eine geringere Querschnittsfläche als der Rest des Fluidkolbens 9 aufweist. Grundsätzlich kann der Fluidkolben 9 in verschiedenen Querschnittsformen — kreisförmig, oval oder vieleckig bzw. polygonal — ausgeführt sein. Wenn als Querschnitt beispielsweise eine Kreisform gewählt wird, hat der kreisförmige Querschnitt im Bereich des oberen Absatzes 22 und unteren Absatzes 24 jeweils einen geringeren Durchmesser als im dazwischenliegenden Bereich des Fluidkolbens 9. Am Übergang zwischen Absatz 22, 24 und übrigem Bereich des Fluidkolbens 9 ergibt sich dementsprechend ein Anschlag oder eine Schulter.

Die Schnittansicht in Fig. 4 zeigt in einer vergrößerten Darstellung das Detail IV aus Fig. 3. Hier ist deutlich die Anordnung der oberen Kolbendichtung 17 auf dem Absatz 22 des Fluidkolbens 9 zu erkennen. Die mit zwei sich in Längsachsenrichtung A des Fluidkolbens 9 erstrecken-

den Dichtlippen ausgestaltete einteilige Hochdruck-Kolbendichtung 17 wird durch die Sicherungskrone 23 in einer Anlage-Position am Absatz 22 des Fluidkolbens 9 gehalten. Wie in der perspektivischen Darstellung der Sicherungskrone 23 in Fig. 5a zu erkennen ist, weist die Sicherungskrone 23 einen umlaufend radialen Haltering 46 und mehrere sich im Wesentlichen in Längsachsenrichtung A erstreckende axiale Federlaschen 47 sowie mehrere zwischen den Federlaschen 47 angeordnete sich radial nach innen erstreckenden Rückhalteelemente 48 auf. Dabei sind die axialen Federlaschen 47 und die radialen Rückhalteelemente 48 abwechselnd am inneren Umfang des radialen Halterrings 46 angeordnet, wobei sich in der in Fig. 5a gezeigten Ausführungsform jeweils 12 gleichmäßig am inneren Umfang angeordnete axiale Federlaschen 47 mit entsprechenden Rückhalteelemente 48 abwechseln. Dabei ist zur besseren Funktionstrennung der axialen Federlaschen 47 und der Rückhaltelemente 48 jeweils ein Freistich 49 zwischen den einzelnen axialen Federlaschen 47 und einzelnen Rückhalteelemente 48 vorgesehen, siehe auch Fig. 5c. Die sich radial nach innen in Richtung des Fluidkolbens 9 erstreckenden Rückhalteelemente 48 weisen auf der der oberen Kolbendichtung 17 zugewandten Seite Rückhalteflächen 50 auf, die als Anlageflächen für die Kolbendichtung 17 dienen und die Kolbendichtung 17 spielfrei und belastungsfrei in der Position zwischen der Schulter des Absatzes 22 und den Rückhalteflächen 50 der Rückhalteelemente 48 halten.

Die axialen Federlaschen 47 der Sicherungskrone 23 weisen jeweils ein mit dem radialen Haltering 46 verbundenen Basisabschnitt 51 und einen sich an den Basisabschnitt 51 anschlieBenden Endabschnitt 52 auf, siehe auch Fig. 5b mit der Schnittdarstellung der Sicherungskrone 23 in einem eingebauten Zustand entlang einer axialen Federlasche 47. Der freie Endabschnitt 52 der axialen Federlasche 47 ist dabei gegenüber dem Basisabschnitt 51 weiter nach innen in Richtung des Fluidkolbens 9 gebogen, bevorzugt um etwa 10°, jedoch sind auch kleinere und größere Winkel möglich. Wie in der perspektivischen Ansicht der Sicherungskrone 23 in Fig. 5a zu erkennen, weist auch der Basisabschnitt 51 der axialen Federlaschen 47 eine nach innen in Richtung des Fluidkolbens 9 weisende Neigung auf, die ebenfalls nur geringfügig gegenüber der Längsachsenrichtung A des Fluidkolbens 9 abweicht.

Während die leichte Neigung der Basisabschnitte 51 der sich im Wesentlichen parallel zur Längsachsenrichtung A des Fluidkolbens 9 erstreckenden axialen Federlaschen 47 beim Aufschieben der Sicherungskrone 23 auf den Absatz 22 am oberen Ende des Fluidkolbens 9 eine einfache und inhärente Zentrierung der Sicherungskrone 23 auf dem Fluidkolben 9 ermöglicht, dienen die gegenüber den Basisabschnitten 51 der axialen Federlaschen 47 weiter nach innen in Richtung des Fluidkolbens 9 gebogenen freien Endabschnitte 52 der axialen Federlaschen 47

dazu, eine formschlüssige Sicherung der Sicherungskrone 23 am Absatz 22 des Fluidkolbens 9

bereitzustellen. Hierzu ist am Absatz 22 des Fluidkolbens 9 eine umlaufende sägezahnartige Vertiefung 53 vorgesehen, deren Profil und Neigung dem Profil und der Neigung der gegenüber dem Basisabschnitt 51 geneigten freien Endabschnitt 52 der axialen Federlasche 47 entspricht. Nach dem Aufschieben der Sicherungskrone 23 auf den Absatz 22 rasten die Federlaschen 47 in der umlaufenden Vertiefung 53 ein und sichern die Sicherungskrone 23 und über der Sicherungskrone 23 auch die Kolbendichtung 17 am Absatz 22 des Fluidkolbens 9.

Trotz dieser formschlüssigen Anordnung der Sicherungskrone 23 am Absatz 22 des Fluidkolbens 9 entsteht durch die sägezahnartige Vertiefung 53 nur eine sehr geringe Kerbwirkung in dem Fluidkolben 9, wodurch die Belastbarkeit dieses durch die Schraubverbindung 44 mit der Kolbenstange 8 geschwächten Bereichs des Fluidkolbens 9 erhöht und gleichzeitig die Ausfallwahrscheinlichkeit der längenverstellbaren Pleuelstange 1 reduziert wird.

Fig. 6 zeigt die verschiedenen Arbeitsschritte beim Herstellen einer Sicherungskrone 23 aus einem Kaltbandstahl in einem kombinierten Stanz-Biege-Verfahren. Ausgehend von einem Kaltbandstahl werden in einem ersten Arbeitsschritt Führungslöcher 54 und eine zentrale Öffnung 55 ausgestanzt. Im nächsten Arbeitsschritt werden ausgehend von der zentralen Öffnung 55 die Federlaschen 47 und die Rückhaltelemente 48 ausgestanzt, wobei der Bandstahl über die Führungslöcher 54 geführt und zentriert wird. Je nach Anzahl und Breite der Federlaschen 47 und Rückhaltelemente 48 werden hierfür zwei oder mehrere Stanzvorgänge genutzt, um ein ungewolltes Verziehen oder Verbiegen der Federlaschen 47 und Rückhaltelemente 48 zu vermeiden. Zusätzlich kann hier auch ein Nachschneiden der ausgestanzten Konturen erfolgen. Im nächsten Arbeitsschritt werden die Endabschnitte 52 der Federlaschen 47 in einer ersten Richtung, in der in Fig. 6 gezeigten Darstellung nach oben, gebogen, bevor die Federlaschen 47 in einem weiteren Arbeitsschritt in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung, in der in Fig. 6 gezeigten Darstellung nach unten, gebogen werden. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Neigungswinkel der axialen Federlaschen gegenüber dem radialen Haltering 46 kann dieser zweite Biegevorgang in mehrere Einzelschritte unterteilt sein. Im letzten Arbeitsschritt wird die Sicherungskrone 23 am kreisförmigen Umfang des radialen Halterings 46 aus dem Bandstahl ausgestanzt. Die Herstellung der Sicherungskrone 23 in einem derartigen einfachen StanzBiege-Verfahren ermöglicht durch die Aufteilung der Produktion in verschiedene Einzelschritte, die für die einzelnen Sicherungskronen 23 nacheinander durchgeführt werden, aber in einer entsprechenden Stanz-Biege-Vorrichtung parallel zueinander für viele Sicherungskronen 23 ausgeführt werden können, eine sehr kostengünstige Herstellung von Sicherungskronen 23, ohne eine spanende Nachbearbeitung, bei sehr kurzen Prozesszeiten und geringem Materialeinsatz.

Eine weitere Ausführungsform des oberen Pleuelteils 3 zeigt die Schnittansicht in Fig. 7. Im Gegensatz zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform des oberen Pleuelteils 3 ist bei dieser Ausführungsform die untere Kolbendichtung 18 nicht über eine Sicherungsmutter 25 am Absatz 24 des Fluidkolbens befestigt, sondern mittels eines Pressrings 56 mit vormontierter Kolbendichtung 18. Die untere Kolbendichtung 18 wird als Baugruppe zusammen mit dem Pressring 56 auf den Absatz 24 des Fluidkolbens 9 aufgeschoben, wodurch sowohl der Montageprozess vereinfacht als auch eine fehlerhafte Montage eines Sicherungsrings oder der Sicherungsmutter 25 vermieden werden kann. Auf dem Pressring 56 befindet sich an der dem Fluidkolben 9 zugewandten Seite am äußeren Umfang eine Aussparung, in der die Kolbendichtung 18 vor der Montage des Pressrings 56 angeordnet wird. Diese vormontierte Baugruppe aus Pressring 56 und unteren Kolbendichtung 18 kann dann direkt auf den Absatz 24 aufgeschoben werden, wobei der Pressring 56 durch den Absatz 24 zentriert und eine sichere bewegungsfreie und belastungsfreie Positionierung der unteren Kolbendichtung 18 am Fluidkolben 9 ermöglicht wird. Bevorzugt kann am stirnseitigen Ende des Absatzes 24 ein O-Ring 57 vorgesehen sein, der nach erfolgter Montage des Pressrings 56 auf dem Absatz 24 ein Eindringen von Hydrauliköl in den Pressspalt zwischen Innenumfang des Pressrings 56 und dem Absatz 24 verhindert.

Bezugszeichenliste

1 längenverstellbare Pleuelstange 2 gehäusefestes Pleuelteil 3 verstellbares Pleuelteil 4 Pleuelauge

5 Lagerschale

6 Pleuelkopf

7 Pleuelauge

8 Kolbenstange

9 Fluidkoben

10 Zylinder-Kolben-Einheit 11 Gehäuse

12 Zylinder

13 Druckraum

14 Druckraum

15 Zylinderdeckel

16 Stangendichtung

17 (obere) Kolbendichtung 18 (untere) Kolbendichtung 19 Sicherungsring

20 Zylinderboden

21 hydraulische Steuereinrichtung 22 Absatz

23 Sicherungskrone

24 Absatz

25 Sicherungsmutter

26 Gewinde

27 Ringnut

28 Führungsstift

29 Führungsbohrung

30 Nuten

31 Pleuelschraube

32 Hydraulikmittelleitung 33 Hydraulikmittelleitung

34 Rückschlagventil 35 Rückschlagventil

36 Ölversorgungskanal 37 3/2-Wegeventil

38 Drossel

39 Drossel

40 Anschlüsse

41 Steuerdruckleitung

42 Rückstellfeder

43 Abströmkanal

44 Schraubverbindung 45 Anschlag

46 radialer Haltering 47 axiale Federlasche 48 Rückhalteelemente

49 Freistich

50 Rückhaltefläche 51 Basisabschnitt 52 Endabschnitt

53 Vertiefung

54 Führungslöcher 55 zentrale Öffnung 56 Pressring

57 O-Ring

A Längsachsenrichtung

AVL List GmbH, iwis motorsysteme GmbH & Co. KG 19

Claims

Ansprüche

1. Fluidkolben-Vorrichtung mit einem Fluidkolben (9), einer am Umfang des Fluidkolbens (9) angeordneten Kolbendichtung (17, 18), wobei am Umfang des Fluidkolbens (9) ein Absatz zum Anordnen der Kolbendichtung (17, 18) vorgesehen und die Kolbendichtung (17, 18) an einer von dem Absatz (22, 24) ausgebildeten Schulter des Fluidkolbens (9) angeordnet ist, und einem Sicherungselement zum Sichern der Kolbendichtung (17, 18) am Umfang des Fluidkolbens (9), wobei das Sicherungselement als eine Sicherungskrone (23) mit einem radialen Haltering (46) und mehreren sich von dem radialen Haltering (46) im Wesentlichen parallel zur Längsachsenrichtung (A) des Fluidkolbens (9) erstreckenden axialen Federlaschen (47) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Stirnseite des Fluickolbens (9) zugewandter Bereich des Absatzes eine umlaufende Vertiefung (53) zum Einrasten der Federlaschen (47) aufweist.

2, Fluidkolben-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Haltering (46) mehrere, sich nach innen in Richtung des Fluidkolbens (9) erstreckende und gegenüber dem radialen Haltering (46) ra-

dial vorstehende Rückhalteelemente (48) aufweist.

3. Fluidkolben-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Federlaschen (47) jeweils einen mit dem radialen Haltering (46) verbundenen Basisabschnitt (51) und einen freien Endabschnitt (52) aufweisen, wobei der Endabschnitt (52) gegenüber dem Basisabschnitt (51) weiter nach innen

in Richtung des Fluidkolbens (9) gebogen ist.

4. Fluidkolben-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (52) der axialen Federlaschen (47) gegenüber dem Basisabschnitt (51) abgewinkelt ist und in Richtung des Fluidkolbens (9) einen Winkel von höchstens 20°, bevorzugt einen Winkel von höchstens 15°, insbesondere einen Winkel von etwa 10° aufweist, und dass optional der Basisabschnitt (51) der axialen Federlaschen (47) gegenüber der Längsachsenrichtung (A) einen Winkel von höchstens 15°, bevorzugt von höchstens 10° aufweist.

5. Fluidkolben-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Vertiefung (53) des der Stirnseite des Fluidkolbens (9) zugewandten Bereichs des Absatzes als eine sägezahnartige Einkerbung ausgeführt ist.

6. Fluidkolben-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungskrone (23) in einem Stanz-Biege-Verfahren hergestellt ist, bevorzugt aus einem Kaltbandstahl hergestellt ist.

7. Verwendung einer Sicherungskrone (23) für eine Fluidkolben (9)-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sicherungskrone (23) einen radialen Haltering (46) zum Positionieren einer Kolbendichtung (17,18) auf einem Fluidkolben (9) und mehrere sich von dem radialen Haltering (46) erstreckende axiale Federlaschen (47) zum Positionieren der Sicherungskrone (23) auf dem Fluidkolben (9) aufweist.

8. Verfahren zum Herstellen einer Sicherungskrone (23) für eine Fluidkolben-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend die folgenden Schritte:

* Bereitstellen eines Bandstahls, bevorzugt eines Kaltbandstahls;

* Ausstanzen einer zentralen Öffnung (55), bevorzugt einer kreisförmigen Öffnung (55);

* Ausstanzen der Federlaschen (47) und mehrerer zwischen den Federlaschen (47) angeordneter Rückhalteelemente (48) ausgehend von der zentralen Öffnung (55);

* Biegen von Endabschnitten (52) der Federlaschen (47) in einer ersten Richtung;

* Biegen von Basisabschnitten (51) der Federlaschen (47) in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung;

* Ausstanzen der Sicherungskrone (23) am Umfang des radialen Halterings (46) aus dem Bandstahl.

9. Längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor, wobei eine Verstelleinrichtung zum Einstellen der Wirklänge der Pleuelstange (1) eine in der Pleuelstange (1) angeordnete Zylinder-Kolben-Einheit (10) mit einem Zylinder (12), einem in dem Zylinder (12) längs beweglich angeordneten Fluidkolben (9), der mit einer Kolbenstange (8) verbunden ist, mindestens einem in dem Zylinder (12) ausgebildeten Druckraum (13, 14), der von dem bewegbaren Fluidkolben (9) einseitig begrenzt ist, und zumindest einer zwischen einer Außenwan-

dung des Fluidkolbens (9) und einer Innenwandung des Zylinders (12) angeordneten Dichtungseinrichtung aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidkolben-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist, wobei die Kolbendichtung (17, 18) die Dichtungseinrichtung der Zylinder-Kolben-Einheit (10) ausbildet, und die Sicherungskrone (23) die Kolbendichtung (17, 18) am Umfang des Fluidkolbens (9) sichert.

10. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkolben (9) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) als ein zweiseitig wirkender Fluidkolben (9) ausgebildet ist, wobei der in Längsachsenrichtung (A) beweglich angeordnete Fluidkolben (9) in dem Zylinder (12) einen ersten Druckraum (13)

und einen zweiten Druckraum (14) ausgebildet und jeweils einseitig begrenzt.

11. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (1) zumindest zwei Pleuelteile (2, 3) aufweist, wobei das erste Pleuelteil (3) ein erstes Pleuelauge (7) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und das zweite Pleuelteil (2) ein zweites Pleuelauge (4) zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, und wobei das erste Pleuelteil (3) gegenüber dem zweiten Pleuelteil (2) in Längsachsenrichtung (A) der Pleuelstange (1) bewegbar ist, bevorzugt teleskopierbar, um den Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen zu ver-

stellen.

12. Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegenden Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit zumindest einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellba-

ren Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.