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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2014 112 689 A1 ist eine Anordnung zum Einstellen der Drehstellung einer Verstellwelle bekannt. Die Verstellwelle ist als Exzenterwelle ausgebildet, über die bei einem Verbrennungsmotor mit einem Mehrgelenkkurbeltrieb der Expansionshub und das Verdichtungsverhältnis verstellbar ist. Zum Verstellen wird eine Verstellwelle gedreht und die Einstellbewegung über ein Verstellpleuel und ein gelenkig mit dem Verstellpleuel verbundenen Verstellhebel übertragen.
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Weiterhin sind in
US8726858 ,
EP2787196 und
DE 102008060932 Aktoren zur Verstellung einer Kontroll- oder Exzenterwelle beschrieben, die zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors dienen. Aus technischen, insbesondere thermodynamischen Gründen ist der Verstellbereich des Aktors bzw. der Verstellwelle begrenzt. Diese Begrenzung wird üblicherweise durch Anschläge im Verstellweg erreicht. Bei einer Fehlfunktion eines Elektromotors des Aktors, z.B. Abfallen des Steckers, Verlust des Signals etc. ist es möglich, dass der Elektromotor die Verstellwelle unkontrolliert mit hoher Drehzahl an den Endanschlag fährt. Durch die Massenträgheit der schnell rotierenden Bauteile, insbesondere am Elektromotor entsteht am Endanschlag ein hohes Moment. Dieses Moment kann je nach Auslegung die zulässige Spannung des Aktors, insbesondere eines Gehäuses desselben, überschreiten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Aktorik der vorgenannten Art die Belastungen an einem Endanschlag zur Begrenzung des Verstellbereichs zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Aktorik weist eine drehend antreibbare Verstellwelle auf, die zumindest teilweise von einem Gehäuse umfasst ist. Erfindungsgemäß ist zur Begrenzung des Verstellbereichs der Aktorik die Verstellwelle in Drehrichtung an einem zur hydraulischen Anschlagsdämpfung in einem Ölsumpf angeordneten Endanschlag am Gehäuse anlegbar. Auf diese Weise wird eine hydraulische Anschlagsdämpfung im Ölsumpf erreicht. Dabei wird die Geschwindigkeit der schnell rotierenden Bauteile der Aktorik vor dem Kontakt am Endanschlag durch die hydraulische Dämpfung im Öl des Ölsumpfs reduziert und somit das resultierende Anschlagmoment deutlich vermindert. Alternativ kann der Ölsumpf als Ölreservoir für ein hydraulisches Federanschlagselement im gehäuseseitigen Anschlag dienen. Zur hydraulischen Anschlagsdämpfung können bereits vorhandene Schmierungsvorrichtungen der Aktorik, insbesondere die Ölzufuhr, zur Erzeugung eines Ölsumpfs im Bereich des Endanschlags genutzt werden. Es ist auch möglich, den Endanschlag in einen bereits vorhandenen Ölsumpf des Gehäuses anzuordnen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1,
- 3 eine Schnittdarstellung aus 2,
- 4 eine geschnittene Teilansicht einer erfindungsgemäßen Aktorik in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine. Die Aktorik weist eine in einem Gehäuse 1 drehbar angeordnete Verstellwelle 2 auf, die teilweise in einen durch einen Ölpegel P angedeuteten Ölsumpf 3 eintaucht. Die Verstellwelle 2 ist am Außendurchmesser mit einem radialen Vorsprung 4 mit einer in Drehrichtung ausgerichteten planen Anschlagfläche 6 ausgeführt. Der Vorsprung 4 ist mit der Anschlagfläche 6 zur Begrenzung des Verstellbereichs der Aktorik bei einer Drehung derselben an einer korrespondierenden Gegenanschlagfläche 7 eines Endanschlags 5 am Gehäuse 1 anlegbar. Der Endanschlag 5 ist im Ölsumpf 3 in Schwerkraftrichtung unterhalb des Ölpegels P angeordnet und wird beispielsweise durch einen Vorsprung oder Absatz an der Innenwand des Gehäuses 1 gebildet. Da der Endanschlag 5 am Gehäuse 1, im Bereich des Ölsumpfs 3 unterhalb des Ölpegels P liegt, muss der Vorsprung 4 an der Verstellwelle 2 bei einer Drehung derselben zum Anschlagen am gehäuseseitigen Endanschlag 5 in den Ölsumpf eintauchen. Dadurch wird vor dem Kontakt des Vorsprungs 4 mit dem gehäuseseitigen Endanschlag 5 die Verstellwelle 2 durch die Reibung des an letzterem verdrängte Öl, das durch einen Pfeil angedeutet ist, abgebremst. Damit wird die Rotationsenergie der Verstellwelle 2 reduziert und das resultierende Drehmoment vor dem Anschlagen am gehäuseseitigen Endanschlag 5 gedämpft. Die Dämpfung kann durch den Ölpegel P im Gehäuse 1 entsprechend eingestellt werden. Hierzu kann die bereits vorhandenen Schmierölzuführung der Aktorik genutzt werden. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute hydraulische Anschlagsdämpfung im Ölsumpf 3 des Gehäuses 1 erreicht.
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Um den Dämpfungseffekt zu verstärken, kann gemäß 2 und 3 am Endanschlag 5 im Gehäuse 1 zusätzlich eine Ausnehmung bzw. Nut 8 vorgesehen werden. Diese erstreckt sich in Drehrichtung der Verstellwelle 2 und bildet an ihrem Ende die Gegenanschlagfläche 7. Auf diese Weise taucht der der Vorsprung 4 der Verstellwelle 2 beim Anschlagen am Endanschlag 5 in die Ausnehmung bzw. Nut 8 ein. Hierbei sind diese und der Vorsprung 4 am Außendurchmesser der Verstellwelle 2 derart ausgeführt, dass beim Eintauchen des Vorsprungs 4 in die Ausnehmung bzw. Nut 8 zwischen dieser und letzterem ein kleiner Spalt S im Gehäuse 1 verleibt, durch den das Öl wie durch Pfeile angedeutet beim weiteren Verdrehen der Verstellwelle 2 zum Anschlagen am Endanschlag 5 herausgepresst werden muss. Dabei wird die viskose Reibung erhöht und somit eine zusätzliche Anschlagsdämpfung erreicht.
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Eine weitere Ausführung einer hydraulischen Anschlagsdämpfung ist in 4 dargestellt. Hierbei ist am gehäuseseitigen Endanschlag 5 ein hydraulisches Federanschlagselement 9 vorgesehen, das ähnlich wie ein Hydrostößel oder hydraulischer Stoßdämpfer ausgebildet ist. Das Federanschlagselement 9 ist am Endanschlag 5 beispielsweise in eine Bohrung 10 am Gehäuse 1, hier eine Sacklochbohrung, in Form einer Patrone eingepresst bzw. eingeclipst. Es besteht aus einem in der Bohrung 10 verschiebbar geführten Kolben 11, der in Verschieberichtung an einem Ende die Gegenanschlagfläche 7 bildet und am anderen Ende mit einer im Längsprofil T-förmigen Federabstützung 12 ausgeführt ist, die eine plane Federabstützfläche 13 bildet. Eine in der Bohrung 10 geführte Feder 14, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, ist mit einem Ende an der Federabstützfläche 13 und mit dem anderen Ende am inneren Ende der Bohrung 10 abgestützt. An seinem anschlagsseitigen Ende ist der Kolben 11 am Außendurchmesser verjüngt ausgeführt, wobei zwischen diesem und Innendurchmesser der Bohrung 10 ein Ring 14, angeordnet ist, der den Kolben 11 gegen ein Herausfallen aus der Bohrung 10 sichert.
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Durch das gezielte Einstellen eines Ölsumpfs mit dem Ölpegel P, derart, dass der Bereich des Endanschlags 5 im Gehäuse 1 mit Öl bedeckt und in Schwerkraftrichtung unterhalb des Ölpegels P liegt, füllt sich die Bohrung 10 mit dem hydraulischen Federanschlagselement 9 mit Öl. Im Anschlagfall wird durch den Kontakt des Vorsprungs 4 der Verstellwelle 2 mit dem Kolben 11 am gehäuseseitigen Endanschlag 5 gegen die Feder 14 in die Bohrung 10 gedrückt. Dabei wird das Öl durch einen kleinen Spalt S zwischen dem Außendurchmesser des Kolbens 10 und dem Innendurchmesser der Bohrung 10 herausgepresst und dabei die Anschlagenergie reduziert.
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Die Verstellwelle 2 ist über ein nicht dargestellte Antriebsverbindung, beispielsweise ein Wellgetriebe, mit einem Stellantrieb, insbesondere einem Elektromotor, zur Übertragung eines Verstellmoments verbunden. Die Verstellwelle 2 ist als Exzenterwelle ausgeführt, an die über einen Exzenterbolzen eine Stellverbindung, insbesondere mit einem gelenkig angebundenen Verstellpleuel, anschließbar ist. Über diese ist durch die Verstellwelle 2 die Kompression bzw. die Verdichtung der Brennkraftmaschine variabel einstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Verstellwelle
- 3
- Ölsumpf
- 4
- Vorsprung
- 5
- Endanschlag
- 6
- Anschlagfläche
- 7
- Gegenanschlagfläche
- 8
- Vertiefung, Nut
- 9
- Federanschlagselement
- 10
- Bohrung
- 11
- Kolben
- 12
- Federabstützung
- 13
- Federabstützfläche
- 14
- Feder
- S
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014112689 A1 [0002]
- US 8726858 [0003]
- EP 2787196 [0003]
- DE 102008060932 [0003]
