Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bausatz für die Herstellung von VCR-Pleuel mit unter schiedlichem Verdichtungsverhältnis.

Bei Verbrennungshubkolbenmotoren gibt es Entwicklungstendenzen, das Verdichtungsver hältnis während des Betriebs zu ändern. Das wird mit dem Begriff„variable compression ratio“ (VCR) bezeichnet. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie beispielsweise die Kurbel wellenlagerung anzuheben oder abzusenken, oder aber auch die Pleuellängen verstellbar zu gestalten. Derartige längenverstellbare Pleuelstangen werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als VCR-Pleuel bezeichnet. Die Längenverstellung kann z.B. dadurch gesche hen, dass die Lagerung des Pleuelauges über einen Exzenter verstellbar ausgeführt wird, oder dadurch, dass das Pleuel aus zwei teleskopierbaren Pleuelabschnitten besteht. Einige Vari anten bedienen sich eines oder mehrerer Zylinder, in denen bzw. in dem sich jeweils ein Ver stellkolben bewegt. Bei der Verwendung von zwei teleskopierbaren Pleuelabschnitten weist der eine Abschnitt einen Zylinder auf, in dem der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben eintaucht. Pleuelauge und Kolben sind bei dieser Ausführung über eine Kolbenstange mitei nander verbunden, die durch einen Deckel, mit dem der Zylinder des anderen Pleuelabschnitts abgedichtet ist, hindurchgeführt werden muss. Eine solche Ausführung zeigt beispielsweise die WO 2015/055582 A1. Dort ist der Kolben mit Hilfe einer Zylinderschraube an das untere Ende des oberen Pleuelabschnitts angeschraubt. Diese Konstruktion erlaubt es, Deckel und andere Bauteile auf die Kolbenstange aufzuschieben, und erst dann den Kolben anzubringen. Alternativ kann der Kolben einteilig mit der Kolbenstange ausgebildet sein. Allerdings müssen dann andere Maßnahmen getroffen werden, um den Deckel und andere Bauteile weiterhin auf die Kolbenstange aufschiebbar zu gestalten. Eine Möglichkeit besteht darin, das Pleuelauge mit der Kolbenstange zu verschrauben.

Aufgrund der üblicherweise im Motorenbau zu erreichenden Stückzahlen, werden in aller Re gel anwendungsspezifische Varianten entwickelt, die den unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden. Speziell bei der Markteinführung einer neuen Technologie ist zu erwarten, dass die Markteinführung zunächst mit geringen Stückzahlen je Anwendungsvariante erfolgen muss. Wird dem durch Entwicklung jeweils komplette anwendungsspezifischer Varianten be gegnet, so führt das zu einem negativen Skaleneffekt und damit hohen Produktkosten. Es wird daher nach einer Lösung gesucht, die Produktkosten in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen zu halten, insbesondere bei Varianten, die sich maßgeblich durch die Bereitstellung eines unter schiedlichen Verdichtungsverhältnisses auszeichnen und gleiche oder ähnliche Schnittstellen voraussetzungen aufweisen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bausatz für die Her stellung von VCR-Pleuel mit unterschiedlichem Verdichtungsverhältnis zur Verfügung zu stel len, durch den die Produktkosten der einzelnen VCR-Pleuel in vertretbaren wirtschaftlichen Grenzen gehalten werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bausatz ein erstes Modul, das zumindest ein Pleuelgehäuse mit Kolbenaufnahmebohrung aufweist, und ein zweites Modul, das zumindest eine Kolbenstange mit in die Kolbenaufnahmebohrung (bzw. den Zylinder) ein zuführenden Verstellkolben sowie eine obere oder eine untere Kolbenanschlagfläche aufweist, umfasst, wobei ausgehend von einer vorgegebenen charakteristischen Länge der VCR-Pleuel des Bausatzes mindestens zwei Varianten des zweiten Moduls vorgesehen sind, die unter schiedlich positionierte obere Kolbenanschlagflächen oder die unterschiedlich positionierte un tere Kolbenanschlagflächen aufweisen. Die VCR-Pleuel, die mittels dieses Bausatzes herge stellt werden können, weisen demnach eine gemeinsame vorgegebene charakteristische Länge auf. In Frage kommt z.B. die wirksame Länge (z.B. der Abstand der Pleuelaugenmittel punkte) in einem vorgegebenen Betriebszustand. Die herzustellenden VCR-Pleuel unterschei den sich demnach dadurch, dass sie unterschiedliche Verstellungen der Wirklängen bereit stellen. Bei einer rein teleskopierenden Variante ergeben sich somit zwei unterschiedliche Te- leskopierlängen. Bei einer Exzentervariante wird der Exzenter um jeweils einen anderen Be trag von den Verstell kolben bewegt. Deshalb erfolgt vorrangig eine Veränderung auch nur beim zweiten Modul, während das erste Modul unangetastet bleiben kann. Die Kolbenan schlagflächen können am Verstell kolben selbst (insbesondere die untere Kolbenanschlagflä che) oder an einem anderen Element des zweiten Moduls vorhanden sein (insbesondere bei der oberen Anschlagfläche). Bei dem anderen Element kann es sich z.B. um die Verschluss einheit zum Verschließen der Kolbenaufnahmebohrung (bzw. des Zylinders) handeln. Die Er zeugung unterschiedlich positionierter Kolbenanschlagflächen kann durch entsprechende Be arbeitung des zweiten Moduls oder Hinzufügung eines zusätzlichen Elements erfolgen. Bei der Veränderung der unteren Kolbenanschlagfläche ist es prinzipiell auch möglich, ein zusätz liches Element des zweiten Moduls zunächst in einem separaten Vorgang in die Kolbenauf nahmebohrung (bzw. Zylinder) des ersten Moduls einzusetzen. Ein solcher Bausatz eröffnet auch die Möglichkeit, eine Basisvariante des VCR-Pleuels bereitzustellen, die bereits einen Großteil der anwendungsspezifischen Anforderung abdeckt und derart modular aufgebaut ist, dass weitere anwendungsspezifische Varianten, insbesondere hinsichtlich des erreichbaren Verdichtungsverhältnisses, durch einfache Anpassungen am zweiten Modul erzeugt werden können. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass selbst, wenn mehrere unterschiedliche Gesamt systemvarianten in geringer Stückzahl gefordert werden, durch den Gleichteil- und Ähnlich keitsansatz noch ein positiver Skaleneffekt erzielt werden kann. Hervorzuheben ist, dass die einzelnen Module grundsätzlich für die Verwendung in einer bestimmten Anforderungsklasse ausgelegt werden. So können auf dieser Basis kundenspezifische Anforderungen innerhalb einer Anforderungsklasse über reine Bearbeitungs- bzw. Ausstattungsvarianten des zweiten Moduls realisiert werden. Dieser Ansatz ist speziell vorteilhaft, um die Technologie mit zu nächst überschaubaren Stückzahlen bei verschiedenen Motoren zu etablieren.

Gemäß einer bevorzugten Variante kann eine Gruppe von mindestens zwei verschiedenen Ausführungsformen oder von mindestens zwei verschiedenen Abwandlungen des ersten Mo duls mindestens zwei identisch ausgestaltete erste Module enthalten, wobei die mindestens zwei identisch ausgestalteten ersten Module mit unterschiedlichen Varianten des zweiten Mo duls zum Herstellen von VCR-Pleuel mit unterschiedlichem Verdichtungsverhältnis kombinier bar sind. Im gesamten Bausatz können natürlich unterschiedliche erste Module enthalten sein; aber mindestens zwei sollen, wie vorgegeben, identisch ausgestaltet sein. Verschiedene Aus führungsformen einer Gruppe unterscheiden sich in mehreren Punkten bzw. Schnittstellen voneinander, während verschiedene Abwandlungen einer Gruppe lediglich Module betrifft, die sich jeweils nur in einem Punkt bzw. einer Schnittstelle (z.B. Pleuelaugendurchmesser etc.) voneinander unterscheiden. Diese Vorgabe erhöht dann noch einmal die Anzahl der Gleich teile innerhalb des Bausatzes und wirkt daher kostensenkend.

Bevorzugt kann das zweite Modul eine relativ zur Kolbenstange verschiebbar angeordnete Verschlusseinheit umfassen, die zum Verschließen der Kolbenaufnahmebohrung mit dem ers ten Modul verbindbar ist, und dass die obere Kolbenanschlagfläche Bestandteil der Ver schlusseinheit ist. Prinzipiell wäre es auch möglich, den Verstellkolben zu verlängern oder zu verkürzen. Aus Festigkeitsgründen ist es jedoch von Vorteil, wenn am Verstellkolben so wenig Anpassungsmaßnahmen wie nötig durchgeführt werden. Deshalb übernimmt diese Variation die Verschlusseinheit, die in ihrer kürzesten Bauform bereits eine ausreichende Festigkeit auf weist.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die untere Kolbenanschlagfläche vom Kolbenbo den selbst oder einem mit dem Kolbenboden verbundenen Anschlagring gebildet ist. Der An schlagring ist als Bestandteil des Verstellkolbens anzusehen. Bevorzugt soll lediglich bei der Veränderung der unteren Kolbenanschlagfläche Einfluss auf die Kolbenlänge genommen wer den. Wird jedoch anstelle der Verkürzung bzw. der Verlängerung der Kolbenlänge ein An schlagring verwendet, kann ein Bearbeitungsschritt am Verstellkolben selbst entfallen. Die Veränderung der Position der Anschlagfläche an der nach unten weisenden Seite des Ver stellkolbens ist darüber hinaus technisch sehr einfach zu realisieren und führt zu einem ent sprechenden früheren oder späteren Anschlägen am Grund der Kolbenaufnahmebohrung.

Die kundenspezifischen Anforderungen können vielfältig sein. Deshalb ist gemäß einer Aus führungsform vorgesehen, dass die charakteristische Länge der VCR-Pleuels die minimale wirksame Pleuellänge ist. Unter wirksamer Pleuellänge wird eine Größe bezeichnet, die sich auf das Verdichtungsverhältnis auswirkt. Im vorliegenden Fall ist die untere Kolbenanschlag fläche immer an der gleichen Position vorhanden, während die obere Kolbenanschlagfläche variiert wird. Bei ansonsten baugleichen Verbrennungsmotoren und Einsatzbedingungen ist demnach das minimal zu erreichende Verdichtungsverhältnis bei der Verwendung der VCR- Pleuel dieses Bausatzes immer gleich.

Es besteht aber auch gemäß einer Ausführungsform die Möglichkeit, dass die charakteristi sche Länge der VCR-Pleuel die maximale wirksame Pleuellänge ist. Die Position der oberen Kolbenanschlagfläche ist hier bei allen zweiten Modulen gleich, während die Position der un teren Kolbenanschlagfläche verändert wird. Bei dieser Ausführungsform ist beim Einsatz von ansonsten baugleichen Motoren und gleichen Einsatzbedingungen das maximal zu errei chende Verdichtungsverhältnis der entsprechenden VCR-Pleuel gleich, während das minimal zu erreichende Verdichtungsverhältnis durch Veränderung der Position der unteren Kolben anschlagfläche variiert.

Um die anwendungsspezifischen Varianten zu erhöhen, kann gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform vorgesehen sein, dass sowohl eine Variante des zweiten Moduls mit maximaler wirksamer Pleuellänge als charakteristische Länge als auch eine Variante des zweiten Moduls mit minimaler wirksamer Pleuellänge als charakteristische Länge enthalten sind. Hierdurch lassen sich bereits mindestens vier unterschiedliche anwendungsspezifische Varianten erzeu gen.

Neben der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses können auch andere anwendungs spezifische Anforderungen bestehen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann daher vorgesehen sein, dass das zweite Modul ein mit der Kolbenstange verbundenes erstes Pleu elauge mit einer Kolbenbolzenöffnung umfasst und mindestens zwei Abwandlungen, bevor- zugt einer Variante, des zweiten Moduls mit unterschiedlichen Kolbenbolzenöffnungen enthal ten sind. Auch durch diese Abwandlungen wird die Anwendungsvielfalt durch eine Anbindung an unterschiedliche Kolbenbolzendurchmesser erhöht.

Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der anwendungsspezifische Varianten besteht gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dadurch, dass das Pleuelgehäuse des ersten Moduls mit ei ner Lagerschale verbunden ist und gemeinsam mit der Lagerschale ein zweites Pleuelauge mit einem Öffnungsdurchmesser ausformt und mindestens zwei Abwandlungen, bevorzugt ei ner Variante, des ersten Moduls mit unterschiedlichen Öffnungsdurchmessern des zweiten Pleuelauges enthalten sind. Hierdurch können unterschiedliche Anbindungen an die Kurbel welle erfolgen, wodurch wiederum die Anwendungsvielfalt erhöht wird.

Neben der Variation des Verdichtungsverhältnisses besteht auch die Möglichkeit, dass die VCR-Pleuel grundsätzlich einen anderen Abstand zwischen der Kurbelwelle und dem Kolben zu überbrücken haben. Deshalb ist gemäß einer weiteren Variante vorgesehen, dass mindes tens zwei Abwandlungen, bevorzugt eine Variante, des zweiten Moduls mit unterschiedlicher Länge zum Herstellen von VCR-Pleuel mit unterschiedlicher Gesamtlänge enthalten sind. Auch durch diese Abwandlungen wird die Anwendungsvielfalt erhöht.

Eine Kombination der zuvor beschriebenen Ansätze (Varianten und Abwandlungen) unterei nander führt zu einer Vielzahl von kundenspezifischen Anwendungsmöglichkeiten, ohne allzu große Änderungen an den einzelnen Modulen vorzunehmen.

Die Verstellung eines VCR-Pleuels kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Verstellung jedoch mittels hydraulischer Verriegelung bzw. Ansteuerung und aufgrund auf tretender Massekräfte. Deshalb ist es gemäß einer Weiterentwicklung von Vorteil, wenn ein drittes Modul vorgesehen ist, wobei der Bausatz mindestens zwei identisch ausgestaltete dritte Module enthält und das dritte Modul Elemente zum hydraulischen Ansteuern des Verstellkol bens des zweiten Moduls umfasst. Günstigerweise kann vorgesehen sein, dass der Bausatz nur eine einzige Ausführungsform des dritten Moduls enthält, die identisch in allen Varianten und Abwandlungen verwendbar ist.

Bevorzugt kann das erste Modul Schnittstellen zum Verbinden der Elemente des dritten Mo duls mit dem ersten Modul aufweisen. Das dritte Modul kommt demnach nur mit dem ersten Modul in Kontakt und entfaltet seine Funktion unabhängig von der Ausgestaltung des zweiten Moduls. Bevorzugt kann das zweite Modul Kolbendichtungen und Dichtungen der Verschlusseinheit umfassen. Diese Kolbendichtungen und Dichtungen sind günstigerweise im Bausatz vormon tiert und haben einen entscheidenden Einfluss auf die Funktion des VCR-Pleuels, da sie in aller Regel hohen Drücken standhalten müssen. Die Veränderung der Position der oberen oder unteren Kolbenanschlagfläche hat in aller Regel bei den mittels des Bausatzes erzeug baren Ausführungsformen des VCR-Pleuels keinen Einfluss auf die Ausgestaltung der Kol bendichtungen und Dichtungen, die als Gleichteile bei allen Ausführungsformen verwendbar sind. Auch hier kommen deshalb wieder Gleichteile in großem Umfang zum Einsatz, was in der Folge zur Kostenreduktion führt.

Günstigerweise kann die Lagerschale mittels Pleuelschrauben am restlichen Pleuelgehäuse befestigt sein, wobei die Schnittstellen zum Verbinden des dritten Moduls in dem restlichen Pleuelgehäuse angeordnet sind. Auch hierdurch wird eine Vereinfachung geschaffen, weil die Anbindung der Lagerschale unabhängig von der Schnittstelle des dritten Moduls ist, so dass auch hier wieder möglichst viele Gleichteile eingesetzt werden können.

Bei einer reinen teleskopierbaren Version ist vorteilhafterweise gemäß einer Ausführungsform des Bausatzes vorgesehen, dass die Längsachse der Kolbenaufnahmebohrung des ersten Moduls koaxial zur Längsachse des zusammengebauten VCR-Pleuels verläuft und die Längs achse der Kolbenstange des Verstellkolbens des zweiten Moduls ebenfalls koaxial zur Längs achse des zusammengebauten VCR-Pleuels verläuft. Hierdurch lässt sich ein sehr stabiler Teleskopmechanismus erreichen.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen von VCR-Pleuel mit unterschiedlichen kurzen und/oder langen wirksamen Pleuellängen mit folgenden Schritten:

Bereitstellen eines ersten Moduls, das zumindest ein Pleuelgehäuse mit Kolbenaufnahmeboh rung aufweist,

Bereitstellen eines zweiten Moduls, das zumindest eine Kolbenstange mit in die Kolbenauf nahmebohrung einzuführenden Verstellkolben aufweist, und

Zusammenstellen eines VCR-Pleuels mittels Fügen des ersten und zweiten Moduls, sowie

Ausführen zumindest eines der folgenden Schritte: Anordnen eines Anschlagrings am Verstellkolben zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen oder langen wirksamen Pleuellänge als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des zweiten Moduls, oder

Anordnen eines Anschlagrings in der Kolbenaufnahmebohrung zum Einstellen einer vorgege benen kurzen wirksamen Pleuellänge als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des ersten Moduls, oder

Anordnen eines Anschlagrings zwischen einer Verschlusseinheit des zweiten Moduls, die zum Verschließen der Kolbenaufnahmebohrung mit dem ersten Modul verbindbar ist, und dem Ver stellkolben zum Einstellen einer vorgegebenen langen wirksamen Pleuellänge als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des zweiten Moduls, oder

Verändern einer Position einer oberen oder einer unteren Kolbenanschlagfläche am Verstell kolben zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen oder langen wirksamen Pleuellänge als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des zweiten Moduls, oder

Verändern einer Tiefe der Kolbenaufnahmebohrung im Pleuelgehäuse zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen wirksamen Pleuellänge als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des ersten Moduls, oder

Auswählen eines zweiten Moduls aus einer Gruppe von zweiten Modulen, die sich hinsichtlich der in Kombination mit dem ersten Modul erreichbaren kurzen oder langen wirksamen Pleuel länge unterscheiden, zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen oder langen wirksamen Pleu ellänge als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des zweiten Moduls, oder Auswählen eines ersten Moduls aus einer Gruppe von ersten Modulen, die sich hinsichtlich der in Kombination mit dem zweiten Modul erreichbaren kurzen wirksamen Pleuellänge unter scheiden, zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen wirksamen Pleuellänge als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des ersten Moduls.

Die Einstellung der kurzen und/oder langen wirksamen Pleuellänge erfolgt in Abhängigkeit der Vorgaben mittels einfacher Modifikation bestehender Module. Zur Anwendung kommen kön nen Anschlagringe (auch unterschiedlicher Dicke), die an verschiedenen Positionen des zwei ten oder ersten Moduls zur entsprechenden Einstellung verwendet werden. Die Veränderung der Position einer oberen oder einer unteren Kolbenanschlagfläche oder die Veränderung ei ner Tiefe der Kolbenaufnahmebohrung können auch durch andere Maßnahmen erfolgen. Von Vorteil ist es auch, wenn gleich eine Gruppe von ersten oder zweiten Modulen bereitgestellt werden, die bereits entsprechend angepasste erste und zweite Module zum Erzielen unter schiedlich kurzer oder langer wirksamer Pleuellängen enthalten und nur noch geeignet aus gewählt werden muss. Je größer die herzustellende Stückzahl ist, desto eher werden entspre chend vorbereitete erste und zweite Module bereits zur Auswahl vorliegen.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Schritt des Veränderns der Position einer oberen oder einer unteren Kolbenanschlagfläche am Verstellkolben ein spanendes Nachbearbeiten des Verstellkolbens oder der Kolbenstange einer Basisform des zweiten Moduls umfasst. Eine solche vorteilhaft gewählte Basisform stellt dann bereits eine bestimmte kurze oder lange wirk same Pleuellänge bereit und kann ohne Nachbearbeitung so eingesetzt werden, während Va rianten des zweiten Moduls mittels der angegebenen spanenden Nachbearbeitung erzeugt werden.

In gleicher Weise kann der Schritt des Veränderns der Tiefe der Kolbenaufnahmebohrung im Pleuelgehäuse ein spanendes Nachbearbeiten der Kolbenaufnahmebohrung einer Basisform des ersten Moduls umfassen. Auch hier wird eine vorgegebene Basisform bereits eine be stimmte kurze wirksame Pleuellänge vorgeben, während mittels der spanenden Nachbearbei tung Varianten der kurzen wirksamen Pleuellänge erreicht werden können.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein VCR-Pleuel, das durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18 oder durch Verwenden eines Bausatzes nach einem der An sprüche 1 bis 15 hergestellt ist. Ein solches VCR-Pleuel ist insbesondere bei der Neueinfüh rung einer Produkttechnik von großem Vorteil und kostengünstiger herzustellen. Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnun gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein VCR-Pleuel in einer teilweise geschnittenen Vorderansicht,

Fig. 2 ein erstes Modul in einer perspektivischen Vorderansicht,

Fig. 3 ein zweites Modul in einer perspektivischen Vorderansicht,

Fig. 4 ein drittes Modul in einer perspektivischen Vorderansicht,

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung der Kolbenstange und des Pleuelkopfs und

Fig. 6 den Kolbenbereich der Kolbenstange in einer perspektivischen Darstellung.

Die in Fig. 1 dargestellte längenverstellbare Pleuelstange 1 (VCR-Pleuel) umfasst zwei teles- kopierbar zueinander bewegbare Pleuelteile 2, 3. Das in der Darstellung der längenverstellba ren Pleuelstange 1 in Fig. 1 oben angeordnete obere Pleuelteil 3 weist einen Pleuelkopf 4 mit einem ersten Pleuelauge 5 auf, das den Kolbenbolzen (nicht gezeigt) des Hubkolbens im Kol benmotor aufnimmt. Das in der Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 in Fig. 1 unten angeordnete Pleuelteil 2 weist ein zweites Pleuelauge 6 auf, mit dem die längenverstell bare Pleuelstange 1 auf der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Kolbenmotors gelagert ist. Dazu weist das unteren Pleuelteil 2 weiter eine Lagerschale 7 auf, die zusammen mit dem ebenfalls lagerschalenartig ausgebildeten unteren Bereich eines Pleuelgehäuses 16 des unteren Pleu elteils 2 das zweite Pleuelauge 6 ausbildet. Die Lagerschale 7 und das Pleuelgehäuse 16 werden mittels Pleuelschrauben 8 miteinander verbunden.

Der Pleuelkopf 4 ist mit einer teleskopierbaren Kolbenstange 9 verbunden. Dabei ist der Pleu elkopf 4 üblicherweise mit der Kolbenstange 9 verschraubt oder verschweißt oder, wie in Fig. 1 dargestellt, einstückig ausgeführt. Am unteren Ende der Kolbenstange 9 befindet sich ein Verstellkolben 10. Der Verstellkolben 10 ist einteilig mit der Kolbenstange 9 ausgebildet. Ins besondere bei separater Herstellung des Pleuelkopfs 4 und der Kolbenstange 9 und der an schließenden Verbindung können vor dem Zusammenbau des oberen Pleuelteils 3 eine Ver schlusseinheit 1 1 mit Stangendichtung 12 sowie Kolbendichtungen 13 und 14 einfach und beschädigungsfrei angeordnet werden. Bei der Stangendichtung 12 und den Kolbendichtun gen 13, 14 handelt es sich um bekannte, zumeist mehrteilig ausgeführte Baueinheiten, die in aller Regel Dichtungs- und Befestigungs- bzw. Stützbereiche aufweisen. Das obere Pleuelteil 3 ist über den Verstell kolben 10 teleskopierbar in dem unteren Pleuelteil 2 in einer Kolbenaufnahmebohrung 15 (insbesondere in Form eines Zylinders) geführt. Die Längsachse der Kolbenaufnahmebohrung 15 sowie die Längsachse der Kolbenstange 9 und des Verstellkolbens 10 sind koaxial zur Längsachse A der Pleuelstange 1 angeordnet. Auf grund der Teleskopierbarkeit wird der Abstand zwischen dem im ersten Pleuelauge 5 aufge nommenen Kolbenbolzen des Hubkolbens und der in dem zweiten Pleuelauge 6 aufgenom menen Kurbelwelle des Kolbenmotors verstellt, um so das Verdichtungsverhältnis des Kolben motors an den jeweiligen Betriebszustand anzupassen. Die Kolbenaufnahmebohrung 15 ist in dem Pleuelgehäuse 16 des unteren Pleuelteils 2 angeordnet. Die Kolbenstange 9 mit dem Verstellkolben 10 und der Verschlusseinheit 1 1 einschließlich der Stangendichtung 12 und das Pleuelgehäuse 16 mit der Kolbenaufnahmebohrung 15 formen eine Zylinder-Kolben-Einheit 17 zum Verstellen der Pleuelstange 1 . Aufgrund der Verstellung ist es möglich, den Kolben motor im Teillastbereich mit einem höheren Verdichtungsverhältnis als im Volllastbereich zu betreiben und so den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen.

In der Kolbenaufnahmebohrung 15 ist der Verstell kolben 10 des oberen Pleuelteils 3 in Längs richtung der Pleuelstange 1 bewegbar angeordnet. Der Verstellkolben 10 ist in der Fig. 1 in seiner untersten Stellung dargestellt, so dass die Pleuelstange 1 in Fig. 1 ihre minimale wirk same Pleuellänge LMI _N aufweist. In der Fig. 1 ist auch die maximale wirksame Pleuellänge LM _A X eingezeichnet, die mittels Teleskopierung des oberen Pleuelteils 3 erreichbar ist.

Der Verstellkolben 10 unterteilt einen Bereich der Kolbenaufnahmebohrung 14 in zwei Druck räume, von denen in Fig. 1 nur der obere (Bezugsziffer 27) zu sehen ist. Die Kolbenstange 9 erstreckt sich von dem Verstellkolben 10 durch den oberen Druckraum 27 und die Stangen dichtung 12 sowie die Verschlusseinheit 11 hindurch. Die Stangendichtung 12 umgibt die Kol benstange 9 und dichtet den oberen Druckraum 27 gegenüber der Umgebung ab. Die beiden auf dem Verstellkolben 10 angeordneten Kolbendichtungen 13, 14 dichten den Verstellkolben 10 gegenüber der Kolbenaufnahmebohrung 15 ab. Im vorliegenden Fall ist zwischen der Stan gendichtung 12 und dem Verstell kolben 10 ein Anschlagring 18 vorgesehen, dessen nach unten weisende Seite eine obere Kolbenanschlagfläche 19 formt. In der unteren Stellung (Kurzstellung) der längenverstellbaren Pleuelstange 1 liegt der Verstellkolben 10 mit seiner unteren Kolbenanschlagfläche 20 am Grund der Kolbenaufnahmebohrung 15 an.

Das Pleuelgehäuse 16 weist Schnittstellen zur Anordnung einer hydraulischen Steuereinrich tung 21 auf, die in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist. Wie in Fig. 4 dargestellt ist umfasst die hydraulische Steuereinrichtung 21 im Wesentlichen ein erstes und ein zweites Ablassventil 22, 23, die entsprechend zum Öffnen und Verschließen der oberen und unteren Druckkammer ausgestaltet sind, sowie einen federbeaufschlagten Steuerkolben 24 sowie einen Verschluss deckel 25. Mittels des Steuerkolbens 24 werden abwechselnd das erste und zweite Ablass ventil 22, 23 angesteuert. Die Verschiebung des Steuerkolbens 24 erfolgt aufgrund einer Druckveränderung in der Ölversorgung der Kurbelwelle und wird mittels Druckerhöhung durch die Ölpumpe bewirkt. Der prinzipielle Aufbau dieser hydraulischen Steuereinrichtung 21 ist im Stand der Technik bereits bekannt, weshalb hierauf nur kurz eingegangen wird. Die beiden Druckräume sind jeweils über getrennte Hydraulikmittelleitungen und separate Rückschlag ventile und einem gemeinsamen Ölversorgungskanal, der in dem zweiten Pleuelauge 6 mün det, mit dem Motorölkreislauf des Kolbenmotors verbunden.

Ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in der langen Position, befindet sich im oberen Druck raum 27 kein Motoröl, während der untere Druckraum hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Während des Betriebs wird die Pleuelstange 1 aufgrund der Massen- und Gaskräfte alter nierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Stellung wird die Zugkraft durch den me chanischen Kontakt des Verstellkolbens 10 mit dem Anschlagring 18 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 übertragen. Da das dem unteren Druckraum zugeordnete Rückschlagventil ein Ausströmen des Motoröls verhin dert, steigt der Druck des Motoröls stark an und verhindert eine Veränderung der Pleuellänge, wodurch die längenverstellbare Pleuelstange 1 in dieser Bewegungsrichtung hydraulisch ge sperrt ist.

In der Kurzstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum ist vollständig leer und eine Druckkraft wird durch den mechanischen Anschlag des Verstellkolbens 10 am Grund der Kolbenaufnahmebohrung 15 aufgenommen, während der obere Druckraum 27 mit Motoröl gefüllt ist, so dass eine Zugkraft auf die längen verstellbare Pleuelstange 1 einen Druckanstieg im oberen Druckraum 27 und eine hydrauli sche Sperrung bewirkt.

Die Pleuellänge der hier dargestellten längenverstellbaren Pleuelstange 1 kann zweistufig ver stellt werden, indem eine der beiden Druckräume entleert wird und der jeweils andere Druck raum mit Motoröl gefüllt wird. Hierzu wird in der hydraulischen Steuereinrichtung jeweils eines der Rückschlagventile mittels der Ablassventile 22, 23 überbrückt, so dass das Motoröl aus dem bisher gefüllten Druckraum abfließen kann. Das erste Pleuelauge 5 weist eine Kolbenbolzenöffnung mit einem Durchmesser Di auf. Das zweite Pleuelauge 6 weist einen Öffnungsdurchmesser D2 auf. Die Pleuelstange 1 weist eine Gesamtlänge L _G auf. Im vorliegenden Fall wurde sie in der kürzesten Pleuelstellung gemes sen. Alternativ ist auch die Messung in der langen Pleuelstellung möglich.

Die in Fig. 1 dargestellte Pleuelstange 1 wird durch Verwendung eines Bausatzes hergestellt, dessen Aufbau im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Pleuelstange 1 weist einen Verstellweg £1 auf. Des Weiteren weist die Pleuelstange 1 eine charakteristische Länge auf, die im vorliegenden Fall minimale wirk same Länge LMI _N entspricht.

Die Pleuelstange 1 ist unter Verwendung von drei Modulen hergestellt. Das erste Modul um fasst das Pleuelgehäuse 16, die Lagerschale 7 und die Pleuelschrauben 8. Das zweite Modul umfasst den Pleuelkopf 4, die Kolbenstange 9 mit Verstellkolben 10 und die Verschlusseinheit 1 1 sowie die Stangendichtung 12 und die Kolbendichtungen 13 und 14. Zusätzlich kann noch eine Verdrehsicherung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die ein Verdrehen des unteren Pleuelteils 2 gegenüber dem oberen Pleuelteil 3 verhindert. Entsprechende Elemente der Ver drehsicherung sind Bestandteile der jeweiligen zusammenwirkenden Module.

Das dritte Modul umfasst die hydraulische Steuereinrichtung 21.

Mittels des Bausatzes sollen nunmehr zwei Pleuelstangen 1 hergestellt werden, die ein unter schiedliches Verdichtungsverhältnis haben. Neben der in Fig. 1 dargestellten Pleuelstange 1 mit dem Verstellweg £1 soll mit dem Bausatz auch eine Pleuelstange 1 mit dem Verstellweg £2 hergestellt werden, der größer ist als £i . Der Bausatz enthält eine einzige Version des ers ten Moduls (siehe Fig. 2) sowie eine einzige Ausführungsform des dritten Moduls (siehe Fig. 4). Die einzige Variation erfolgt am zweiten Modul (Fig. 3). Hierzu wird eine zweite Vari ante des zweiten Moduls bereitgestellt, bei der ein Anschlagring 18 mit geringerer Dicke ver wendet wird, wodurch die Position der oberen Kolbenanschlagfläche 19 verändert wird. Hier durch ergibt sich ganz automatisch ein größerer Verstellweg £2. Der Bausatz enthält in dieser einfachsten Version demnach vier Module, nämlich eine einzige Variante des ersten Moduls, eine einzige Variante des dritten Moduls und zwei Varianten des zweiten Moduls, wodurch sich zwei Pleuelstangen mit unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen hersteilen lassen. Bei beiden zu betrachtenden Pleuelstangen 1 ist die charakteristische Länge (hier LMI _N ) iden- tisch. Der Unterschied besteht in der maximalen wirksamen Länge LMAX. Durch die Verwen dung von weiteren Varianten des zweiten Moduls, bei dem jeweils wiederum Anschlagringe 18 anderer Dicke eingesetzt werden, lässt sich die Anwendungsvielfalt nochmals erhöhen.

Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, die maximale wirksame Länge LMAX als charak teristische Länge festzulegen. Eine solche Variante kommt mit oder ohne Anschlagring 18 aus; je nachdem, welches vorgegebene Maß LMAX haben soll. Die Variation des zweiten Moduls erfolgt nunmehr am Verstellkolben 10 selbst, indem eine andere Positionierung der unteren Kolbenanschlagfläche 20 vorgenommen wird. Hierzu wird, wie durch die in Fig. 6 eingezeich neten gestrichelten Linien angedeutet ist, der Verstellkolben 10 bearbeitet, so dass die untere Kolbenanschlagfläche 20 im Verhältnis zum ersten Pleuelauge 5 eine andere Positionierung erhält. Während Pleuelstangen, die mittels eines solchen Bausatzes erzeugt werden sämtlich die gleiche Länge LMAX haben, unterscheiden sie sich in der Länge LMIN und somit ebenfalls hinsichtlich ihres Verdichtungsverhältnisses, nämlich des Verstellwegs £.

Selbstverständlich können die oben beschriebenen Varianten auch untereinander kombiniert werden. Möglich ist auch die Verwendung von Anschlagringen am Verstellkolben 10.

Wichtig war bei der Erstellung des Bausatzes, dass ausgehend von einer stabil arbeitenden Basisausführungsform eine Anpassung an anwendungsspezifische Ausführungsformen ohne großen Aufwand möglich ist. In den Mittelpunkt rückt bei diesem Konzept die Veränderung des Verdichtungsverhältnisses. Die Beibehaltung eines ersten und eines dritten Moduls identi scher Bauart setzt natürlich voraus, dass die Pleuelstangen einer bestimmten (d.h. derselben) Anforderungsklasse zuzuordnen sind, wohingegen auf dieser Basis kundenspezifische Aus führungsformen innerhalb einer Anforderungsklasse über reine Bearbeitungsvarianten des zweiten Moduls durchführbar sind. Durch die Verwendung eines solchen Bausatzes sind an den meisten Bauelementen der Module keine Änderungen durchzuführen. Mit den hier vorge stellten Konzepten kann in Abhängigkeit von der vom Kunden festgelegten charakteristischen Länge eine gewünschte Variation des Verdichtungsverhältnisses durchgeführt werden.

Darüber hinaus können auch Abwandlungen des ersten und zweiten Moduls durchgeführt wer den, die andere Größen als das Verdichtungsverhältnis betreffen. Zum Beispiel können in dem Bausatz zwei Abwandlungen des ersten Moduls enthalten sein, die unterschiedliche Durch messer D2 aufweisen und so an unterschiedliche Kurbelwellen anpassbar sind. Des Weiteren können auch Abwandlungen des zweiten Moduls im Bausatz Anwendung finden, bei denen der Durchmesser Di unterschiedlich ist und somit die Anpassung an unterschiedliche Kolben- bolzendurchmesser möglich ist. Es muss demnach nur jeweils eine modifizierende Bearbei tung an der entsprechenden Stelle vorgenommen werden, während das restliche Modul für die Abwandlung identisch ausgebildet ist. Auch hier kann wieder eine Kombination dieser Ab wandlungen innerhalb eines Bausatzes vorgenommen werden, wodurch sich eine noch grö ßere Zahl kundenspezifischer Ausführungsformen erzeugen lässt. Innerhalb eines Bausatzes können auch Pleuelstangen mit unterschiedlichen Gesamtlängen L _G verwendet werden, die jedoch z.B. den gleichen Verstellweg £ aufweisen. Eine Anpassung ist z.B. lediglich über die Veränderung der in Fig. 5 gezeigten Bauelemente des zweiten Moduls möglich. Auch hier durch wird die Gesamtzahl der Ausführungsformen nochmals erhöht.

Vorrang bei dem Bausatz hat die Veränderung des Verdichtungsverhältnisses. Ausgehend davon können auf der Grundlage von nur geringfügigen Änderungen, die maßgeblich am zwei ten Modul durchgeführt werden, mehrere Ausführungsformen einer Pleuelstange (insbeson dere einer Anwendungsklasse) erzeugt werden. Der Vorteil besteht darin, dass selbst bei ge ringer Stückzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen durch den Gleich- und Ähnlichteil ansatz noch ein positiver Skaleneffekt erzielt werden kann. Hierdurch lassen sich die Produkt kosten, insbesondere für die Phase der Produkteinführung, reduzieren. Maßgeblich erfolgt dies durch die Längenbearbeitung des Verstellkolbens 10 oder durch die Verwendung von Distanzstücken (Anschlagringe unterschiedlicher Dicke). Im vorliegenden Fall ist der Verstell kolben 10 einteilig mit der Kolbenstange 9 ausgestaltet, weshalb die untere Kolbenanschlag fläche 20 auch dem Verstell kolben 10 zuzurechnen ist. Generell kommt es jedoch bei der Verwendung des Begriffs Kolbenanschlagfläche auf die Funktion, nämlich die unterschiedliche Positionierung eines Anschlags zur Veränderung des Verstellweges £ an. Auch bei einer zwei teiligen Ausführungsform (Kolbenstange und Verstellkolben) sind die unterhalb des Verstell kolbens 10 angeordneten Bestandteile des oberen Pleuelteils 3 dem Verstellkolben 10 zuzu rechnen.

Aufgrund des oben beschriebenen Bausatzes und des dadurch hergestellten VCR-Pleuels ergibt sich auch ein vereinfachtes Verfahren zum Herstellen von VCR-Pleuel mit unterschied lichen kurzen und/oder langen wirksamen Pleuellängen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

Bereitstellen eines ersten Moduls, das zumindest ein Pleuelgehäuse 16 mit Kolbenaufnahme bohrung 15 aufweist, Bereitstellen eines zweiten Moduls, das zumindest eine Kolbenstange 9 mit in die Kolbenaufnahmebohrung 15 einzuführenden Verstellkolben 10 aufweist, und Zu sammenstellen eines VCR-Pleuels 1 mittels Fügen des ersten und zweiten Moduls. In Abhängigkeit der gewählten Vorgehensweise umfasst das Verfahren noch zumindest einen der folgenden Schritte:

Anordnen eines Anschlagrings 18 am Verstellkolben 10 zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen oder langen wirksamen Pleuellänge LMIN oder LMAX als Bestandteil des Bereitstellungs schritts des zweiten Moduls, oder Anordnen eines Anschlagrings 18 in der Kolbenaufnahme bohrung 15 zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen wirksamen Pleuellänge LMIN als Be standteil des Bereitstellungsschritts des ersten Moduls, oder Anordnen eines Anschlagrings 18 zwischen einer Verschlusseinheit 11 des zweiten Moduls, die zum Verschließen der Kol benaufnahmebohrung 15 mit dem ersten Modul verbindbar ist, und dem Verstell kolben 10 zum Einstellen einer vorgegebenen langen wirksamen Pleuellänge LMAX als Bestandteil des Bereit stellungsschritts des zweiten Moduls, oder Verändern einer Position einer oberen oder einer unteren Kolbenanschlagfläche am Verstellkolben 10 zum Einstellen einer vorgegebenen kur zen oder langen wirksamen Pleuellänge LMIN oder LMAX als Bestandteil des Bereitstellungs schritts des zweiten Moduls, wobei dieser Schritt ein spanendes Nachbearbeiten des Verstell kolbens 10 oder der Kolbenstange 9 einer Basisform des zweiten Moduls umfasst, oder Ver ändern einer Tiefe der Kolbenaufnahmebohrung 15 im Pleuelgehäuse 16 zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen wirksamen Pleuellänge L _M IN als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des ersten Moduls, wobei dieser Schritt ein spanendes Nachbearbeiten der Kolbenaufnahme bohrung 15 einer Basisform des ersten Moduls umfasst, oder Auswählen eines zweiten Mo duls aus einer Gruppe von zweiten Modulen, die sich hinsichtlich der in Kombination mit dem ersten Modul erreichbaren kurzen oder langen wirksamen Pleuellänge LMIN oder LMAX unter scheiden, zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen oder langen wirksamen Pleuellänge LMIN oder LMAX als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des zweiten Moduls, oder Auswählen ei nes ersten Moduls aus einer Gruppe von ersten Modulen, die sich hinsichtlich der in Kombi nation mit dem zweiten Modul erreichbaren kurzen wirksamen Pleuellänge LMIN unterscheiden, zum Einstellen einer vorgegebenen kurzen wirksamen Pleuellänge LMIN als Bestandteil des Bereitstellungsschritts des ersten Moduls.

Insgesamt eröffnet ein solches Verfahren zahlreiche Möglichkeiten zur Erzeugung von VCR- Pleuel mit unterschiedlichen kurzen und/oder langen wirksamen Pleuellängen LMIN oder LMAX, ausgehend von einigen Modulen, die lediglich geringfügig variiert werden, wodurch die Teile vielfalt sehr stark reduziert werden kann. Hierdurch ist selbst bei geringen Stückzahlen in einer Produktanlaufphase mit einem positiven Skaleneffekt zu rechnen. Bezugszeichenliste

1 längenverstellbare Pleuelstange (VCR-Pleuel)

2 unteres Pleuelteil

3 oberes Pleuelteil

4 Pleuelkopf

5 erstes Pleuelauge

6 zweites Pleuelauge

7 Lagerschale

8 Pleuelschrauben

9 Kolbenstange

10 Verstell kolben

11 Verschlusseinheit

12 Stangendichtung

13 Kolbendichtung

14 Kolbendichtung

15 Kolbenaufnahmebohrung

16 Pleuelgehäuse

17 Zylinder-Kolben-Einheit

18 Anschlagring

19 obere Kolbenanschlagfläche

20 untere Kolbenanschlagfläche

21 hydraulische Steuereinrichtung

22 erstes Ablassventil

23 zweites Ablassventil

24 Steuerkolben

25 Verschlussdeckel

27 oberer Druckraum A Längsachse der Pleuelstange

Di Durchmesser Kolbenbolzenöffnung D ₂ Öffnungsdurchmesser

L _G Gesamtlänge

LMAX maximale wirksame Pleuellänge LMIN minimale wirksame Pleuellänge

£i Verstellweg

£ ₂ Verstellweg