DE102017121752A1

DE102017121752A1 - Pleuelstange mit einer exzenterverstelleinrichtung

Info

Publication number: DE102017121752A1
Application number: DE102017121752.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Georg Haubner; Christoph Müller; Uwe Schaffrath
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2017-11-02

Abstract

Bei einer Pleuelstange (20) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Exzenterverstelleinrichtung (1) zur Verstellung einer effektiven Länge der Pleuelstange (20) weist die Exzenterverstelleinrichtung (1) einen Exzenter (2) auf, der in einem Pleuelauge (22) der Pleuelstange (20) angeordnet ist und der eine exzentrisch zu seinem Außenumfang angeordnete Lagerbohrung (4) für einen Zylinderkolben der Verbrennungskraftmaschine aufweist. Ferner umfasst die Exzenterverstelleinrichtung (1) einen drehfest mit dem Exzenter (2) gekoppelten Exzenterhebel (3). Zur Erreichung der drehfesten Kopplung weist der Exzenter (2) erfindungsgemäß zumindest über einen Teil seiner Axialerstreckung einen von einer Kreisringform abweichenden Querschnitt auf mit einem gegenüber der Kreisringform abgeflachten Segment (8), und der Exzenterhebel (3) weist eine entsprechende abgeflachte Ausnehmung zum Aufnehmen des Exzenters (2) auf, so dass der Exzenterhebel (3) und der Exzenter (2) form- und/oder kraftschlüssig gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Exzenterverstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Länge der Pleuelstange mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Exzenterverstelleinrichtung insbesondere für eine solche Pleuelstange.
STAND DER TECHNIK
Durch die Verwendung einer Pleuelstange mit einer verstellbaren effektiven Länge lässt sich ein Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis realisieren. So kann das Verdichtungsverhältnis bedarfsgerecht eingestellt werden, was sich insgesamt positiv auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors auswirkt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zur Realisierung einer solchen Pleuelstange bekannt.
Beispielsweise ist aus dem Dokument DE 10 2005 055 199 A1 eine Pleuelstange bekannt, bei der sich die effektive Länge der Pleuelstange mittels einer Exzenterverstelleinrichtung verstellen lässt. Die Exzenterverstelleinrichtung weist einen Exzenter auf, der in dem kleinen Pleuellagerauge der Pleuelstange drehbar gelagert ist. Durch Drehen des Exzenters ändert sich ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer Lagerbohrung in dem Exzenter und dem Mittelpunkt des anderen Pleuellagerauges, d. h. die effektive Länge der Pleuelstange kann durch Drehen des Exzenters variiert werden. Eine Drehbewegung des Exzenters bestimmt sich einerseits aus den während des Betriebs des Verbrennungsmotors auf die Exzenterverstelleinrichtung wirkenden Kräften und andererseits aus hydraulischen Kräften, die von einer Abstützmechanik der Exzenterverstelleinrichtung bewirkt werden. Die Abstützmechanik umfasst einen Exzenterhebel mit einer Aufnahme für den Exzenter, wobei der Exzenter und der Exzenterhebel durch ineinandergreifende Verzahnungen miteinander drehfest gekoppelt sind. Weiterhin umfasst die Exzenterverstelleinrichtung zwei an den Exzenterhebel angreifende Exzenterstangen. Die Exzenterstangen wirken mit hydraulischen Kammern zusammen und sind mit einem dort wirkenden hydraulischen Druck beaufschlagbar, um so den Exzenterhebel und somit auch den mit dem Exzenterhebel drehfest gekoppelten Exzenter abzustützen.
Aus dem Dokument DE 10 2013 225 063 A1 ist ebenfalls eine Pleuelstange mit einer Exzenterverstelleinrichtung bekannt, welche einen in einem Pleuelauge drehbar aufgenommenen Exzenter sowie eine mit dem Exzenter gekoppelte Abstützeinrichtung aufweist. Die Abstützeinrichtung ist dabei als ein hydraulisch betätigter Zahnstangenantrieb ausgebildet. Für die Kopplung des Zahnstangenantriebs mit dem Exzenter weist der Exzenter über seinen gesamten Umfang eine Außenverzahnung auf, in die eine Verzahnung des Zahnstangenantriebs eingreift. Durch diese Kopplung kann eine translatorische Bewegung des Zahnstangenantriebs in eine Drehbewegung des Exzenters übertragen werden, um den Exzenter z. B. gezielt aus seiner Endstellung „anzuschieben“, um so eine Änderung der effektiven Länge der Pleuelstange herbeizuführen. Umgekehrt kann eine auf den Zahnstangenantrieb wirkende Kraft einer auf den Exzenter wirkenden Massenkraft beim Betrieb des Verbrennungsmotors entgegenwirken, um so eine unerwünschte Drehung des Exzenters und damit verbundenen Änderung der effektiven Länge der Pleuelstange zu vermeiden.
Weiterhin ist aus dem Dokument DE 10 2013 014 090 A1 eine Pleuelstange bekannt, bei der eine Exzenterverstelleinrichtung zum Verstellen einer effektiven Länger der Pleuelstange einen im Pleuelauge aufgenommenen Exzenter, einen mit dem Exzenter gekoppelten Exzenterhebel sowie an den Exzenterhebel angelenkte Exzenterstangen aufweist. Die Exzenterstangen wirken mit Hydraulikkammern zusammen, so dass die Exzenterstangen gezielt mit einem in den Hydraulikkammern wirkenden hydraulischen Druck beaufschlagt werden können, um den Exzenterhebel abzustützen und/oder diesen gezielt zu verstellen. Zur Übertragung der auf den Exzenterhebel wirkenden Kraft bzw. dessen Bewegung auf den Exzenter sind diese fest miteinander verbunden. Konkret ist vorgesehen, den Exzenter und den Exzenterhebel durch eine Schweißverbindung fest miteinander zu verbinden, wodurch insbesondere eine geringe Verschleißanfälligkeit gewährleistet sein soll.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pleuelstange mit veränderbarer effektiver Länge vorzuschlagen, die sich auf besonders einfache und unaufwändige Weise fertigen und montieren lässt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Exzenterverstelleinrichtung insbesondere für eine Pleuelstange vorzuschlagen, die sich durch eine einfache Fertigung und Montage auszeichnet.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei einer Exzenterverstelleinrichtung zum Verstellen einer effektiven Länge einer Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor eine besonders gute und einfach zu fertigende Kopplung zwischen einem Exzenter und einem Exzenterhebel erreichen lässt, wenn der Exzenter und der Exzenterhebel komplementär ausgebildete Kopplungsquerschnitte aufweisen, durch die der Exzenter und der Exzenterhebel kraft- und/oder formschlüssige miteinander gekoppelt sind. Dazu weist der Exzenter erfindungsgemäß zumindest über einen Teil seiner Axialerstreckung einen von einer Kreisringform abweichenden Querschnitt auf mit einem gegenüber der Kreisringform abgeflachten Segment. Der Exzenterhebel weist eine entsprechende abgeflachte Ausnehmung zum Aufnehmen des Exzenters auf, womit der Exzenter drehfest mit dem Exzenterhebel gekoppelt ist. D. h. zur drehfesten Kopplung des Exzenters und des Exzenterhebels trägt nicht eine sich über den gesamten Außenumfang des Exzenters bzw. den gesamten Innenumfang der im Exzenterhebel vorgesehenen Ausnehmung erstreckende Verzahnung bei. Vielmehr wurde erfindungsgemäß erkannt, dass es ausreicht, wenn der Exzenter und die Ausnehmung des Exzenterhebels jeweils über einen begrenzten Winkelbereich eine von der Kreisringform abweichende Abflachung aufweisen, wobei durch die komplementäre Ausbildung des Exzenters und der Ausnehmung des Exzenterhebels die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung erreicht wird. Anders ausgedrückt setzt sich der Exzenter über einen Teil seiner Axialerstreckung aus einem Segment mit im Wesentlichen teilkreisringförmigen Querschnitt und dem abgeflachten Segment zusammen, so dass sich insgesamt ein gegenüber der Kreisringform abgeflachter Querschnitt ergibt mit einer exzentrisch angeordneten Lagerbohrung. Das abgeflachte Segment kann sich dabei in Umfangsrichtung über einen beliebigen Winkelbereich erstrecken. Beispielsweise kann sich das abgeflachte Segment in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich im Bereich von 90° bis 150° erstrecken.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine besonders einfache Fertigung und Montage erreicht werden, da einerseits keine komplexen Formen in den Exzenter und die Ausnehmung des Exzenterhebels eingebracht werden müssen. Andererseits lassen sich der Exzenter und der Exzenterhebels bereits durch ein einfaches Aufstecken des Exzenterhebels auf den Exzenter drehfest miteinander koppeln, ohne dass weitere Montageschritte wie ein Verschweißen des Exzenters mit dem Exzenterhebel erforderlich sind.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Vorhandensein eines abgeflachten Segments verstanden, dass der Querschnitt des Exzenters in diesem Bereich eine radiale Erstreckung aufweist, die geringer ist als der Radius des ansonsten kreisringförmigen Querschnitts. Dabei umfasst die Erfindung solche Ausführungsformen, bei denen das abgeflachte Segment an seinem Außenumfang plan ist. Es sind aber auch solche Ausführungsformen umfasst, bei denen sein Außenumfang nicht plan ist. Beispielsweise kann dieser auch gewölbt sein. Insbesondere können in einem Übergangsbereich des abgeflachten Segments zu der ansonsten vorliegenden Kreisringform abgerundete Ecken vorgesehen sein, was einerseits die Fertigung vereinfacht und zum anderen zu einer guten und wenig verschleißanfälligen Kopplung des Exzenters mit dem Exzenterhebel beiträgt.
Der Exzenter ist bei der erfindungsgemäßen Pleuelstange in einem Pleuelauge der Pleuelstange drehbar aufgenommen. Beispielsweise kann der Exzenter im kleinen Pleuelauge der Pleuelstange aufgenommen sein, wobei eine in dem Exzenter vorgesehene Lagerbohrung, welche exzentrisch zu seinem Außenumfang angeordnet ist, der Anbindung an einen Zylinderkolben des Verbrennungsmotors dient.
Konkret können der Querschnitt des Exzenters (zumindest über einen Teil seiner Axialerstreckung) und die Ausnehmung des Exzenterhebels im Wesentlichen D-förmig sein. Diese Form lässt sich auf besonders einfache Weise realisieren und gewährleistet gleichzeitig eine einfache Montage sowie eine gute Kopplung zwischen dem Exzenter und dem Exzenterhebel.
Um den Exzenter besonders einfach fertigen zu können, kann sich das abgeflachte Segment in axialer Richtung über die gesamte Axialerstreckung des Exzenters erstrecken. Insbesondere kann der Exzenter so mit einem über seine gesamte Axialerstreckung gleichbleibenden Querschnitt ausgebildet werden, ohne dass ein Absatz ausgebildet werden muss.
Alternativ kann sich das abgeflachte Segment des Exzenters nur über einen Teil der Axialerstreckung des Exzenters erstrecken. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform kann der Exzenter über einen Teil seiner Axialerstreckung einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen. Der Exzenter kann somit zumindest in dem Bereich mit kreisringförmigem Querschnitt über seinen gesamten Außenumfang an einer Innenwandung des Pleuelauges zur Anlage gelangen und daran abgleiten, womit eine gute Lagerung des Exzenters in dem Pleuelauge erreicht werden kann. Weiterhin kann sich bei dieser Ausführungsform die Montage besonders einfach gestalten, da ein Absatz ausgebildet wird, an den der Exzenterhebel zur Anlage kommt. Der Absatz bildet hierbei eine Art Anschlag für den Exzenterhebel, der eine weitere Verschiebung des Exzenterhebels in axialer Richtung verhindert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Exzenter in seinen beiden in axialer Richtung gegenüberliegenden Endbereichen jeweils ein abgeflachtes Segment auf, wobei in jedem Endbereich ein Exzenterhebel drehfest mit dem Exzenter gekoppelt ist. So ergibt sich ein symmetrischer Aufbau, wodurch eine besonders gute Drehmomentübertragung erreicht werden kann. Auch kann durch den symmetrischen Aufbau eine besonders stabile Lagerung des Exzenters in dem Pleuelauge erreicht werden.
Die Kopplung mit einem Exzenterhebel in beiden Endbereichen kann einerseits realisiert werden, wenn sich das abgeflachte Segment in axialer Richtung über die gesamte Axialerstreckung des Exzenters erstreckt, d. h. wenn der Exzenter eine durchgehende Abflachung aufweist. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Exzenter zwischen den beiden gegenüberliegenden Endbereichen mit abgeflachtem Segment einen Abschnitt mit einem kreisringförmigen Querschnitt aufweist. So kann eine besonders gute Lagerung des Exzenters in dem Pleuelauge erreicht werden, da der Exzenter zumindest im Bereich dieses Abschnitts mit kreisringförmigem Querschnitt über seinen gesamten Außenumfang an einer Innenwandung des Pleuelauges abgleiten kann.
Wenn der Exzenter einen Abschnitt aufweist, der aus der Ausnehmung des Exzenterhebels übersteht und dessen Querschnitt von der Kreisringform abweicht, kann dies eine in Umfangsrichtung ungleichmäßige Gewichtsverteilung und auch eine unvollständige Anlage des Exzenters an einer Innenwandung des Pleuelauges zur Folge haben. Um dies zu vermeiden, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Ausgleichselement vorgesehen, welches an einem aus der Ausnehmung des Exzenterhebels überstehenden Bereich des Abschnitts mit nicht-kreisringförmigem Querschnitt befestigt ist. Das Ausgleichselement ist dabei derart geformt, dass der Exzenter mit dem daran befestigten Ausgleichselement in diesem Bereich über den vollen Außenumfang an einer Innenwandung einer Exzenteraufnahme des Pleuelauges anliegt. Wenn mehrere Abschnitte mit von der Kreisringform abweichenden Querschnitt aus der Ausnehmung des Exzenterhebels oder mehrerer Exzenterhebel überstehen, können auch mehrere solche Ausgleichselemente vorgesehen sein. Mit dem Ausgleichselement bzw. den Ausgleichselementen kann einerseits eine (zumindest nahezu) symmetrische Gewichtsverteilung erreicht werden. Andererseits kann hierdurch auch eine vollflächige Anlage an der Innenwandung der Exzenteraufnahme erreicht werden. Beides trägt zu einer sicheren und stabilen Lagerung des Exzenters im Pleuelauge bei.
In weiterer Ausgestaltung kann das Ausgleichselement derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass der Exzenterhebel und der Exzenter in axialer Richtung verliersicher miteinander verbunden sind. Wenn sich das abgeflachte Segment in axialer Richtung z. B. über die Hälfte der Axialerstreckung des Exzenters erstreckt, kann nach der Montage des Exzenterhebels das Ausgleichselement an dem Exzenter befestigt werden, so dass der Exzenterhebel zwischen dem Ausgleichselement und dem Absatz des Exzenters in einem Übergangsbereich von der Hälfte mit kreisringförmigen Querschnitt zu der Hälfte mit nicht-kreisringförmigen Querschnitte gefangen ist. Das Ausgleichselement kann dabei auf beliebige Weise mit dem Exzenter verbunden sein, z. B. durch Verschrauben, Verschweißen o. ä. Da die in axialer Richtung auf den Exzenter wirkenden Kräfte üblicherweise gering sind im Vergleich zu den in Umfangsrichtung wirkenden Kräfte, kann bereits eine vergleichsweise schwache Verbindung des Ausgleichselement mit dem Exzenter ausreichen, um eine axiale Sicherung zu realisieren, die diesen Kräften standhält.
Alternativ oder zusätzlich können der Exzenterhebel und der Exzenter zur axialen Sicherung des Exzenters an dem Exzenterhebel durch eine stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind. Beispielsweise können der Exzenterhebel und der Exzenter miteinander verschweißt sein. Durch die stoffschlüssige Verbindung des Exzenterhebels und des Exzenters kann einerseits eine axiale Sicherung erreicht werden. Andererseits kann die stoffschlüssige Verbindung auch zur drehfesten Kopplung des Exzenters mit dem Exzenterhebel beitragen.
Um gezielt ein Drehmoment auf den Exzenterhebel und somit auch den Exzenter ausüben zu können, sind vorzugsweise zwei Exzenterstangen vorgesehen, die auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Exzenterhebels an diesen angelenkt sind. Die Exzenterstangen wirken mit hydraulischen Kammern derart zusammen, dass die Exzenterstangen in Abhängigkeit von einem in den hydraulischen Kammern herrschenden hydraulischen Druck verlagerbar sind. In Abhängigkeit von dem hydraulischen Druck und der dadurch bewirkten Druckbeaufschlagung der Exzenterstangen kann ein Drehmoment auf den Exzenterhebel und somit auch den damit drehfest gekoppelten Exzenter bewirkt werden, z. B. um diesen aus einer Endstellung heraus zu bewegen oder einer Drehung des Exzenters entgegenzuwirken, welche eine unerwünschte Änderung der effektiven Länge der Pleuelstange zur Folge hätte.
Die konkrete Form des von der Kreisringform abweichenden Querschnitts des Exzenters, insbesondere die Lage und Länge des abgeflachten Segments, wird vorzugsweise in Abhängigkeit von den maximal zu erwartenden auf den Exzenter wirkenden Kräften gewählt. Bevorzugt ist das abgeflachte Segment des Exzenters so angeordnet, dass das abgeflachte Segment und eine Verbindungslinie zwischen den Punkten, an denen die Exzenterstangen an den Exzenterhebel angreifen, einen Winkel zwischen 45° und 135° einschließen. Durch eine Auswahl des Winkels in diesem Bereich kann für die typischerweise zu erwartenden Kräften eine gute Drehmomentübertragung zwischen dem Exzenterhebel und dem Exzenter und auch eine gute Abstützung des Exzenters erreicht werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Exzenterverstelleinrichtung, welche insbesondere für eine Pleuelstange eines Verbrennungsmotors Verwendung finden kann. Die Exzenterverstelleinrichtung weist einen Exzenter und einen drehfest mit dem Exzenter gekoppelten Exzenterhebel auf. Der Exzenter weist eine Lagerbohrung auf, welche exzentrisch zu einem Außenumfang des Exzenters angeordnet ist. Weiterhin weist der Exzenter erfindungsgemäß – zumindest über einen Teil seiner Axialerstreckung – einen von einer Kreisringform abweichenden Querschnitt mit einem gegenüber der Kreisringform abgeflachten Segment auf. Indem in dem Exzenterhebel eine entsprechende abgeflachte Ausnehmung zum Aufnehmen des Exzenters vorgesehen ist, wird so eine form- und/oder kraftschlüssige Kopplung des Exzenters mit dem Exzenterhebel erreicht.
Für bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Exzenterverstelleinrichtung gelten die Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Pleuelstange entsprechend.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
BEVORZUGSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Exzenterverstelleinrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
2 zeigt einen Exzenter der Exzenterverstelleinrichtung gemäß 1.
3 zeigt einen Exzenterhebel der Exzenterverstelleinrichtung gemäß 1.
4 zeigt einen Exzenter einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Exzenterverstelleinrichtung.
5 zeigt ausschnittsweise eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pleuelstange mit einer Exzenterverstelleinrichtung, die einen Exzenter gemäß 4 aufweist.
6 zeigt einen Exzenter einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Exzenterverstelleinrichtung.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Exzenterverstelleinrichtung 1 für eine Pleuelstange eines Verbrennungsmotors, mit der sich eine effektive Länge der Pleuelstange verstellen lässt. Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die Exzenterverstelleinrichtung 1 einen Exzenter 2 und zwei mit dem Exzenter 2 drehfest gekoppelte Exzenterhebel 3 auf. In 2 und 3 sind der Exzenter 2 und einer der Exzenterhebel 3 der in 1 gezeigten Exzenterverstelleinrichtung 1 jeweils einzeln dargestellt.
Der Exzenter 2 ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet mit einer exzentrisch zu seinem Außenumfang angeordneten Lagerbohrung 4. Beispielsweise kann der Exzenter 2 in einer Exzenteraufnahme im kleinen Pleuelauge der Pleuelstange aufgenommen sein, wobei die Lagerbohrung 4 der Anbindung an einen Zylinderkolben des Verbrennungsmotors dient.
In seinen beiden in axialer Richtung 5 gegenüberliegenden Endbereichen 6 und 7 weicht die Form des Exzenters 2 von einer Hohlzylinderform ab. In den Endbereichen 6 und 7 ist der Querschnitt des Exzenters 2 nämlich nicht kreisringförmig, sondern er weist in Umfangsrichtung ein Segment 8 auf, dessen Querschnitt gegenüber der Kreisringform abgeflacht ist. Anders ausgedrückt setzt sich der Exzenter 2 in diesem Bereich aus einem Segment 9 mit teilkreisringförmigen Querschnitt und dem abgeflachten Segment 8 zusammen. Das abgeflachte Segment 8 erstreckt sich dabei über einen Winkelbereich von ca. 120°. In Übergangsbereichen 10, 11 von dem Segment 8 zu dem Segment 9 geht die Form des Segments 8 stetig über in die Form des teilkreisringförmigen Segments 9. So ergibt sich in den beiden Endbereichen 6 und 7 des Exzenters 2 insgesamt ein im Wesentlichen D-förmiger Querschnitt mit abgerundeten Ecken in den Übergangsbereichen 10 und 11.
In axialer Richtung 5 erstreckt sich jedes der abgeflachten Segmente 9 nur über einen Teil der Axialerstreckung des Exzenters 2, so dass die beiden Endbereiche 6, 7 mit nicht-kreisringförmigem Querschnitt durch einen zwischengeordneten Abschnitt 12 voneinander getrennt sind. Der zwischen den Endbereichen 6 und 7 liegende Abschnitt 12 weist einen kreisringförmigen Querschnitt auf. Der Radius ist hierbei vorzugsweise so an das Pleuelauge angepasst, dass der Exzenter 2 in diesem Abschnitt 12 über seinen vollen Außenumfang an einer Innenwandung einer in dem Pleuelauge vorhandenen Exzenteraufnahme anliegt und an dieser abgleiten kann. Die Axialerstreckung des Abschnitts 12 entspricht dabei vorzugsweise der Tiefe der Exzenteraufnahme in dem Pleuelauge, so dass die Endbereiche 6 und 7 aus der Exzenteraufnahme überstehen.
Wie in 3 gezeigt, weist der Exzenterhebel 3 eine Ausnehmung 13 auf, in die der Endbereich 6, 7 des Exzenters 2 aufgenommen werden kann. Um eine drehfeste Kopplung des Exzenterhebels 3 mit den Exzenter 2 herzustellen, weist die Ausnehmung 13 eine dem Querschnitt des Endbereichs 6, 7 entsprechende abgeflachte Form auf.
Weiterhin weist der Exzenter 3 an seinem Außenumfang zwei Schenkel 14, 15 auf, an die Exzenterstangen angelenkt werden können. Die Exzenterstangen wirken z. B. mit hydraulischen Kammern zusammen, wobei die Exzenterstangen mit einem in den hydraulischen Kammern wirkenden hydraulischen Druck beaufschlagbar sind. Durch die hydraulische Beaufschlagung der Exzenterstangen kann ein Drehmoment auf den Exzenterhebel 3 und somit den damit drehfest gekoppelten Exzenter 2 bewirkt werden. Z. B. wird dies dazu genutzt, den Exzenter 2 aus einer Endstellung heraus zu bewegen oder den Exzenter 2 gegenüber einem durch Massenkräfte im Betrieb des Verbrennungsmotors auf ihn bewirktes Drehmoment abzustützen, wie dies aus dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik bekannt ist.
Eine Montage der Exzenterverstelleinrichtung 1 gestaltet sich mit dem so ausgebildeten Exzenter 2 und den so ausgebildeten Exzenterhebeln 3 besonders einfach, da die Exzenterhebel 3 bereits durch einfaches Aufstecken auf die Endbereiche 6, 7 des Exzenters 2 drehfest mit diesen gekoppelt sind. Weitere Maßnahmen zur Befestigung der Exzenterhebel 3 an dem Exzenter 2, insbesondere zur drehfesten Kopplung, sind somit nicht zwingend erforderlich. Im fertig montierten Zustand ergibt sich eine Anordnung, bei der die Exzenterhebel 3 außerhalb der Pleuelstange liegen und der Exzenter 2 mit seinem Abschnitt 12 zwischen den beiden Exzenterhebeln 3 in der Exzenteraufnahme im Pleuelauge gelagert ist.
Zusätzlich zu der drehfesten Kopplung ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Verschiebung der Exzenterhebel 3 in axialer Richtung 5 zumindest einseitig begrenzt durch Absätze 16, 17, die jeweils im Übergangsbereich zwischen den Endbereichen 6, 7 und dem dazwischenliegenden Abschnitt 12 von dem Exzenter 2 ausgebildet sind. Die Absätze 16, 17 dienen als Anschläge oder Anlageflächen, die eine axiale Verschiebung der Exzenterhebel 3 bei der Montage und auch im Betrieb der Exzenterverstelleinrichtung zumindest zu jeweils einer Seite hin begrenzen. Um eine axiale Sicherung in beiden Richtungen zu erreichen, können die Exzenterhebel 3 zusätzlich an ihren außenliegenden Stirnflächen mit dem Exzenter 2 stoffschlüssig verbunden sein. Dazu kann beispielsweise eine Schweißnaht im Bereich des Außenumfangs des Exzenters 2 vorgesehen sein. Die stoffschlüssige Verbindung kann sich dabei auch unterstützend auf die drehfeste Kopplung der Exzenterhebel 3 mit dem Exzenter 2 auswirken.
Die konkrete Form des Querschnitts des Exzenters 2 in den Endbereichen 6, 7, insbesondere die Lage des abgeflachten Segments 8 und der von dem Segment 8 abgedeckte Winkelbereich, hängt in erster Linie von den maximal zu erwartenden auf den Exzenter 2 wirkenden Kräften ab. Bei der in 1 gezeigten Exzenterverstelleinrichtung 1 ist das abgeflachte Segment 8 des Exzenters 2 so ausgebildet und angeordnet, dass das abgeflachte Segment 8 und eine Verbindungslinie zwischen den Punkten 18, 19, an denen die Exzenterstangen an den Exzenterhebel 3 angreifen, einen Winkel von etwa 60° einschließen.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform des Exzenters 2 gezeigt, bei der der Exzenter 2 nicht nur in Endbereichen einen von der Kreisringform abweichenden Querschnitt aufweist. Vielmehr erstreckt sich das abgeflachte Segment 8 über die gesamte Axialerstreckung des Exzenters 2. D. h. der Exzenter 2 ist über die gesamte Axialerstreckung mit einer Abflachung ausgebildet. Aufgrund der über die gesamte Axialerstreckung gleichbleibenden Form des Exzenters 2 kann dieser besonders günstig und einfach hergestellt werden.
In 5 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Pleuelstange 20 gezeigt, deren Exzenterverstelleinrichtung 1 den in 4 gezeigten Exzenter 2 und den in 3 gezeigten Exzenterhebel 3 aufweist. Für die Montage der Exzenterverstelleinrichtung 1 mit dem in 4 gezeigten Exzenter 2 kann vorgesehen sein, dass zunächst der Exzenterhebel 3 in einen Schlitz 21 eingesteckt wird, der in der Pleuelstange 20 im Bereich des Pleuelauges 22 vorgesehen ist. Der Exzenterhebel 3 ist somit zwischen zwei Abschnitten 23, 24 der Pleuelstange 20 gefangen, womit eine Verschiebung in axialer Richtung 5 begrenzt ist. Nachfolgend wird der Exzenter 2 in die Exzenteraufnahme 25 in dem Pleuelauge 22 und durch die Ausnehmung 13 des Exzenterhebels 3 gesteckt, wodurch der Exzenter 2 und der Exzenterhebel 3 aufgrund der komplementären Ausbildung der Ausnehmung 13 und des Querschnitts des Exzenters 2 drehfest miteinander gekoppelt werden. Um zusätzlich zu der drehfesten Kopplung eine axiale Sicherung des Exzenters 2 an dem Exzenterhebel 3 zu erreichen, können diese beispielsweise mittels einer Schweißverbindung stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die an die Schenkel 14, 15 des Exzenterhebels 3 angreifenden Exzenterstangen 26, 27 sind mittels Drehgelenken 28, 29 an den Punkten 18, 19 mit dem Exzenterhebel 3 verbunden. Ausgehend von den Punkten 18, 19 erstrecken sich die Exzenterstangen 26, 27 innerhalb eines Schafts 30 der Pleuelstange 20 zu in 5 nicht dargestellten hydraulischen Kammern. Wie aus 5 ersichtlich ist, kann so insgesamt eine Anordnung erreicht werden, die sich durch einen besonders geringen Bauraumbedarf auszeichnet.
Bei der in 4 und 5 gezeigten Ausführungsform weist der Exzenter 2 keinen zu der Exzenteraufnahme 25 komplementären Querschnitt auf. Vielmehr ist aufgrund des abgeflachten Segments 8 bereichsweise ein Freiraum 26 zwischen dem Exzenter 2 und einer Innenwandung der Exzenteraufnahme vorhanden. Um diesen Freiraum zu schließen und so eine vollumfängliche Anlage und Lagerung des Exzenters 2 in der Exzenteraufnahme 25 zu erreichen, können im Bereich der aus der Ausnehmung 13 überstehenden Abschnitte des Exzenters 2 Ausgleichselemente befestigt werden, z. B. durch Verschrauben oder Verschweißen. Diese sind dabei vorzugsweise so geformt ist, dass der Exzenter 2 mit den daran angeordneten Ausgleichselementen vollumfänglich an der Innenwandung der Exzenteraufnahme 25 anliegt und an dieser abgleiten kann. Gleichzeitig kann durch die Anordnung der Ausgleichselemente eine axiale Sicherung des Exzenters 2 an dem Exzenterhebel 3 erreicht werden.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform des Exzenters 2 gezeigt, bei der der Exzenter 2 nur in dem Endbereich 6 einen von der Kreisringform abweichenden Querschnitt aufweist, wohingegen der Querschnitt in dem anderen Endbereich 7 kreisringförmig ist. Dabei ist in dem Übergangsbereich von dem Endbereich 6 zu dem Endbereich 7 ein Absatz 16 ausgebildet, an den der Exzenterhebel 3 zur Anlage gelangt, wenn dieser auf den Exzenter 2 aufgesteckt wird. So wird zum einen eine relative Verschiebung des Exzenters 2 zu dem Exzenterhebel 3 in axialer Richtung 5 zu einer Seite hin begrenzt. Für eine axiale Sicherung zu beiden Seiten hin, müssen der Exzenter 2 und der Exzenterhebel 3 somit nur noch im Bereich des Endbereichs 6 auf andere Weise miteinander verbunden werden. Weiterhin wird durch die Ausbildung des Endbereichs 7 mit kreisringförmigem Querschnitt bereits eine vollumfängliche Anlage des Exzenters 2 an der Innenwandung der Exzenteraufnahme in dem Pleuelauge erreicht, ohne dass hierfür zusätzlich Ausgleichselemente eingesetzt werden müssen. Für eine besonders sichere Lagerung des Exzenters 2 in der Exzenteraufnahme kann jedoch ein Ausgleichselement an einem aus der Ausnehmung 13 überstehenden Bereich des Exzenters 2 befestigt werden, so dass der Exzenter 2 in Zusammenwirkung mit dem Ausgleichselement zusätzlich auch im Endbereich 6 über den gesamten Außenumfang an der Innenwandung der Exzenteraufnahme abgleiten kann.
Insgesamt stellt diese Ausführungsform somit eine Art Kompromisslösung dar, da die Fertigung dieser Ausführungsform des Exzenters 2 weniger aufwändig ist als beispielsweise die Fertigung der in 2 gezeigten Ausführungsform. Gleichzeitig ist der Montageaufwand jedoch etwas höher, um eine vergleichbar stabile Lagerung des Exzenters 2 in der Exzenteraufnahme zu erreichen. Allerdings ist der Aufwand hierfür geringer als bei der in 4 gezeigten Ausführungsform des Exzenters 2, welche sich demgegenüber jedoch durch einen noch geringeren Aufwand hinsichtlich der Fertigung des Exzenters 2 auszeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Exzenterverstelleinrichtung
2: Exzenter
3: Exzenterhebel
4: Lagerbohrung
5: axiale Richtung
6: Endbereich
7: Endbereich
8: Segment
9: Segment
10: Übergangsbereich
11: Übergangsbereich
12: Abschnitt
13: Ausnehmung
14: Schenkel
15: Schenkel
16: Absatz
17: Absatz
18: Punkt
19: Punkt
20: Pleuelstange
21: Schlitz
22: Pleuelauge
23: Abschnitt
24: Abschnitt
25: Exzenteraufnahme
26: Exzenterstange
27: Exzenterstange
28: Drehgelenk
29: Drehgelenk
30: Schaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005055199 A1 [0003]
DE 102013225063 A1 [0004]
DE 102013014090 A1 [0005]

Claims

Pleuelstange (20) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Exzenterverstelleinrichtung (1) zur Verstellung einer effektiven Länge der Pleuelstange, wobei die Exzenterverstelleinrichtung (1) – einen Exzenter (2) aufweist, der drehbar in einem Pleuelauge (22) der Pleuelstange (20) aufgenommen ist und der eine exzentrisch zu seinem Außenumfang angeordnete Lagerbohrung (4) für einen Zylinderkolben der Verbrennungskraftmaschine aufweist, und – einen Exzenterhebel (3) aufweist, der drehfest mit dem Exzenter (2) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (2) zumindest über einen Teil seiner Axialerstreckung einen von einer Kreisringform abweichenden Querschnitt aufweist mit einem gegenüber der Kreisringform abgeflachten Segment (8) und der Exzenterhebel (3) eine entsprechende abgeflachte Ausnehmung (13) zum Aufnehmen des Exzenters (2) aufweist, so dass der Exzenterhebel (3) und der Exzenter (2) form- und/oder kraftschlüssig gekoppelt sind.
Pleuelstange (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Exzenters (2) zumindest über einen Teil seiner Axialerstreckung und die Ausnehmung (13) des Exzenterhebels (3) im Wesentlichen D-förmig sind.
Pleuelstange (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das abgeflachte Segment (8) in axialer Richtung (5) des Exzenters (2) über dessen gesamte Axialerstreckung erstreckt.
Pleuelstange (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das abgeflachte Segment (8) in axialer Richtung (5) des Exzenters (2) ausschließlich über einen Teil dessen gesamter Axialerstreckung erstreckt.
Pleuelstange (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zwei Exzenterhebel (3) vorgesehen sind und – der Exzenter (2) in seinen beiden in axialer Richtung (5) gegenüberliegenden Endbereichen (6, 7) jeweils einen Querschnitt mit einem abgeflachten Segment (8) aufweist zur drehfesten Kopplung mit je einem der beiden Exzenterhebel (3).
Pleuelstange (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (2) zwischen den beiden gegenüberliegenden Endbereichen (6, 7) einen Abschnitt (12) mit einem kreisringförmigen Querschnitt aufweist.
Pleuelstange (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem aus der Ausnehmung (13) des Exzenterhebels (3) überstehenden Abschnitt des Exzenters (2) ein Ausgleichselement befestigt ist, das derart geformt ist, dass der Exzenter (2) mit dem daran angeordneten Ausgleichselement in diesem Bereich über den vollen Außenumfang an einer Innenwandung einer Exzenteraufnahme (25) des Pleuelauges (22) anliegt.
Pleuelstange (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass der Exzenterhebel (3) und der Exzenter (2) in axialer Richtung (5) verliersicher miteinander verbunden sind.
Pleuelstange (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (3) und der Exzenter (2) zur axialen Sicherung des Exzenterhebels (3) an dem Exzenter (2) durch eine stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind.
Pleuelstange (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Exzenterverstelleinrichtung (1) Exzenterstangen (26, 27) aufweist, die an den Exzenterhebel (3) angreifen und die mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar sind, welcher in mit den Exzenterstangen (26, 27) zusammenwirkenden Hydraulikkammern wirkt, und – das abgeflachte Segment (8) des Exzenters (2) und eine Verbindungslinie zwischen zwei Punkten (18, 19), an denen die Exzenterstangen (26, 27) an den Exzenterhebel (3) angreifen, einen Winkel zwischen 45° und 135° einschließen.
Exzenterverstelleinrichtung (1), insbesondere für eine Pleuelstange (20) eines Verbrennungsmotors, mit – einem Exzenter (2), der eine exzentrisch zu seinem Außenumfang angeordnete Lagerbohrung (4) für einen Zylinderkolben der Verbrennungskraftmaschine aufweist, und – einem Exzenterhebel (3), der drehfest mit dem Exzenter (2) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (2) zumindest über einen Teil seiner Axialerstreckung einen von einer Kreisringform abweichenden Querschnitt aufweist mit einem gegenüber der Kreisringform abgeflachten Segment (8) und der Exzenterhebel (3) eine entsprechende abgeflachte Ausnehmung (13) zum Aufnehmen des Exzenters (2) aufweist, so dass der Exzenterhebel (3) und der Exzenter (2) form- und/oder kraftschlüssig gekoppelt sind.