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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung
für ein
nockengetriebenes Kraftstoff-Einspritzsystem, insbesondere
ein Pumpe-Düse-
oder Pumpe-Leitung-Düse-Einspritzsystem,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
modernen Dieselmotoren wird der Kraftstoff direkt von einem Kraftstoff-Einspritzsystem
unter hohem Druck in den Brennraum eingespritzt. Dabei kommen verschiedene
Typen von Kraftstoff-Einspritzsystemen zur Anwendung, beispielsweise Pumpe-Düse-Einspritzsysteme
oder Pumpe-Leitung-Düse-Einspritzsysteme.
Beide Kraftstoff-Einspritzsysteme werden am Motor selbst über eine
Nockenwelle betätigt.
Eine Nocke auf der Nockenwelle bewirkt über einen Hebel einen Hub eines
Pumpenkolbens des Kraftstoff-Einspritzsystems. Dieser erzeugt an
einer Düse
des Kraftstoff-Einspritzsystems einen sehr hohen Druck, durch den
eine Ventilnadel in eine geöffnete
Stellung verdrängt
und so Kraftstoff in einen Brennraum des Motors eingespritzt wird.
Die Einspritzmenge wird über
ein Magnetventil eingestellt, welches den Druckaufbau in dem Kraftstoff-Einspritzsystem
steuert.
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Der
Einspritzdruck und die Einspritzmenge sind unter anderem abhängig von
der Form der Nocke und deren Hub. Unterschiedliche Kraftstoff-Einspritzsysteme
weisen unterschiedliche Hübe
und Nockenformen auf. Zum Teil werden auch identische Kraftstoff-Einspritzsysteme
mit identischem Hub in unterschiedlichen Typen von Motoren mit unterschiedlichen
Nocken betätigt.
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Zu
Testzwecken und für
die Qualitätskontrolle
der oben beschriebenen nockengetriebenen Kraftstoff-Einspritzsysteme
sind vom Markt her Prüfvorrichtungen
bekannt. In eine solche Prüfvorrichtung wird
ein nockengetriebenes Kraftstoff-Einspritzsystem eingebaut. Über eine
Nockenwelle und einen Hebel wird der Kolben des Kraftstoff-Einspritzsystems beaufschlagt
und hierdurch ein Betrieb simuliert.
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Um
das Kraftstoff-Einspritzsystem auf einer Prüfvorrichtung prüfen zu können, muss
die Betätigung
des Einspritzsystems durch die Nocke der Prüfvorrichtung simuliert werden.
Des Weiteren muss mit dem Erreichen eines vorgegebenen Hubs der
Nocke ein Magnetventil im Einspritzsystem über ein zur Prüfvorrichtung
gehörendes
Steuergerät
angesteuert werden.
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Die
Ansteuerung des Magnetventils muss bei einem definierten Hub des
Nockens erfolgen, um den richtigen Einspritzdruck und die richtige
Einspritzmenge zu erzeugen. Da die Erfassung des Hubs aufwendiger
ist als die Erfassung des Drehwinkels der Nockenwelle, wird üblicherweise
die Ansteuerung des Magnetventils in Abhängigkeit eines vorgegebenen
Drehwinkels der Nockenwelle durchgeführt. Um die Prüfvorrichtung
an das zu prüfende
Einspritzsystem anzupassen, wird bei auf dem Markt verfügbaren Prüfvorrichtungen
ein Abgleich der Nocke durchgeführt.
Dazu wird mit einer Messuhr der Grundkreis der Nocke ermittelt und
die Messuhr auf Null gestellt. Dann wird die Nockenwelle solange
in die Richtung gedreht, mit der sie auch während des Prüfvorgangs
gedreht wird, bis ein vorgegebener Hub, der von der Form der Nocke
abhängt,
erreicht ist. Diesem vorgegebenen Hub ist ein Drehwinkel der Nockenwelle
fest zugeordnet. Deshalb ist es möglich, nach Erreichen des vorgegebenen
Hubs einen Geber der Prüfvorrichtung
so relativ zur Nockenwelle zu verdrehen, dass genau bei diesem Hub
ein Steuersignal vom Geber ausgegeben wird. Damit ist die Prüfvorrichtung
zur Prüfung
des zu prüfenden
Einspritzsystems eingestellt und die Prüfung des Einspritzsystems kann
vorgenommen werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass beim
Wechseln des zu prüfenden
Einspritzsystems die Prüfvorrichtung erneut
eingestellt werden muss. Ursächlich
hierfür
ist es, dass verschiedene Typen von Einspritzsystemen einen anderen
Hub und infolgedessen einen anderen Nockenwinkel als Startsignal
für die
Ansteuerung des Magnetventils in dem Einspritzsystem benötigen.
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Da
die Einstellung der Prüfvorrichtung
für jeden
Typ von Einspritzsystemen erneut erfolgen muss, ist der Wechsel
des zu prüfenden
Einspritzsystems stets mit einem erheblichem Zeitaufwand verbunden
und es können
bei der Einstellung der Prüfvorrichtung
Fehler auftreten.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein zum
Einstellen einer Prüfvorrichtung
und eine verbesserte Prüfvorrichtung
anzugeben, bei denen fehlerhafte Einstellungen vermieden werden
können
und bei denen der Wechsel des zu prüfenden Einspritzsystems einen
geringeren Zeitaufwand für
das Umrüsten
der Prüfvorrichtung erfordert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer
Prüfvorrichtung
für ein
nockengetriebenes Kraftstoff-Einspritzsystem mit einer Nockenwelle,
die mindestens mittelbar auf einen Kolben des zu prüfenden Kraftstoffeinspritzsystems
wirken kann, dadurch gelöst,
dass direkt oder mittelbar an der Nockenwelle ein hochauflösender Drehwinkelsensor
angeordnet ist.
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Durch
den erfindungsgemäß beanspruchten Drehwinkelsensor
ist es möglich,
jedem Drehwinkel der Nockenwelle einen zugehörigen Hub der Nocke zuzuordnen.
Da diese Zuordnung ausschließlich
von der Form der Nocke abhängt,
kann diese Zuordnung schon bei der Montage während der Herstellung der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
vorgenommen werden und abgespeichert werden. Infolgedessen muss
der Benutzer der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
die Prüfvorrichtung
nicht mehr einstellen, bevor er ein Kraftstoffeinspritzsystem prüft. Dadurch wird
erheblich Zeit beim Umrüsten
der Prüfvorrichtung
von einem Einspritzsystem auf ein anderes Einspritzsystem eingespart
und es können
Fehler durch falsche Einstellungen der Prüfvorrichtung vollständig vermieden
werden.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die zum Prüfen
verschiedener Typen von Einspritzsystemen erforderlichen Hübe der Nocke
der Nockenwelle verschiedenen Drehwinkeln der Nockenwelle zuzuordnen.
Auch diese Zuordnungen können
schon bei der Herstellung und der Montage der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
vorgenommen werden und in Form einer Tabelle in dem Speicherelement
der Prüfvorrichtung
abgelegt werden. Es kann auch, falls gewünscht, die gesamte Kontur des
Nockens in Abhängigkeit
des Drehwinkels der Nockenwelle abgespeichert werden, so dass Fertigungstoleranzen
bei der Herstellung der Nocke vollständig eliminiert werden.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
dass die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung
eine Nockenwelle mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter unterschiedlicher
Nocken aufweist und ein Hebel, welcher die Steuerbewegungen der
Nocken auf ein Pumpenelement des zu prüfenden Einspritzsystems überträgt, zusammen
mit einer Befestigungsvorrichtung für die zu prüfende Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
in axialer Richtung der Nockenwelle in unterschiedliche Betriebspositionen
verschiebbar ist, wobei der Hebel in jeder Betriebsposition mit
einer anderen Nocke zusammenarbeitet.
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Die
erfindungsgemäßen Vorteile
werden bei der Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
zum Einstellen einer Prüfvorrichtung
für ein
nockengetriebenes Kraftstoff-Einspritzsystem
erreicht, welches folgende Verfahrensschritte aufweist: Erfassen
eines Grundkreises mindestens einer Nocke einer Nockenwelle, Verdrehen
der Nockenwelle bis ein vorgegebener Hub der mindestens einen Nocke
erreicht ist, Erfassen des mit dem vorgegebenen Hub der mindestens
einen Nocke korrelierenden Drehwinkels der Nockenwelle und Abspeichern
von Drehwinkel und Hub auf einem Speichermedium.
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Es
hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Referenzsignal
des Winkelsensors vor dem Erreichen des Nullhubs der Nockenwelle
abgegeben wird.
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Insbesondere
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Referenzsignal zwischen
30° und 10° vor Erreichen
des Nullhubs der Nockenwelle abgegeben wird.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die zu verschiedenen Einspritzsystemen gehörenden verschiedenen Hübe bei denen
ein Magnetventil der Kraftstoff-Einspritzsysteme angesteuert werden
soll, nacheinander zu erfassen und die zugehörigen Drehwinkel der Nockenwelle
zu erfassen und abzuspeichern. Dadurch ist es möglich, schon bei der Herstellung
der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
zu allen Hüben,
die während
des Betriebs der Prüfvorrichtung erforderlich
sind, die zugehörigen
Drehwinkel der Nockenwelle zu erfassen und abzuspeichern.
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Im
Ergebnis ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur eine
erhebliche Zeitersparnis beim Umrüsten der Prüfvorrichtung von einem Kraftstoff-Einspritzsystem
auf ein anderes Kraftstoff-Einspritzsystem verbunden, sondern die
Möglichkeit
von fehlerhaften Einstellungen der Prüfvorrichtung beim Wechsel des
zu prüfenden
Kraftstoff-Einspritzsystems wird vollständig eliminiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische und teilweise geschnittene Darstellung einer Prüfvorrichtung
für ein nockengetriebenes
Kraftstoff-Einspritzsystem;
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2 eine
perspektivische, ebenfalls zum Teil geschnittene und stärker detaillierte
Darstellung der Prüfvorrichtung
von 1;
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3:
ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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4:
die Einstellung des Referenzsignals des Drehwinkelsensors relativ
zum Nullhub der Nocke.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine
Prüfvorrichtung
trägt in
den 1 und 2 insgesamt das Bezugszeichen 10.
Sie dient zum Prüfen
eines nockengetriebenen Kraftstoff-Einspritzsystems, im vorliegenden
Beispiel eines Pumpe-Düse-Einspritzsystems 12,
welches jedoch nur in 1 gezeigt ist. Zunächst sei
dessen Aufbau und Funktion erläutert.
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Das
Pumpe-Düse-Einspritzsystem 12 umfasst
ein Gehäuse 14 mit
einer Düsenspitze 16,
die in eine Einspritzkammer 18 der Prüfvorrichtung 10 hineinragt.
In dem Gehäuse 14 ist
eine Düsennadel 20 verschieblich
aufgenommen, die von einer Feder 22 in eine geschlossene
Position beaufschlagt wird.
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Eine
Pumpe des Pumpe-Düse-Einspritzsystems 12 ist
mit 24 bezeichnet und umfasst einen Kolben 26,
der einen Förderraum 28 begrenzt.
Dieser ist mit einem Druckraum 30 verbunden, der von einer
an der Düsennadel 20 ausgebildeten
und in deren Öffnungsrichtung
wirkenden Druckfläche 32 begrenzt wird.
Der Förderraum 28 ist
ferner über
ein magnetisches Steuerventil 34 und eine Vorförderpumpe 36 mit
einem Fluidbehälter 38 verbindbar,
in dem im vorliegenden Fall ein Prüffluid bevorratet ist.
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Bei
einem Saughub des Kolbens 26 wird bei geöffnetem
Steuerventil 34 Prüffluid
aus dem Fluidbehälter 38 in
den Förderraum 28 angesaugt.
Bei geschlossenem Steuerventil 34 wird bei einem Förderhub
des Kolbens 26 das im Förderraum 28 eingeschlossene
Prüffluid
komprimiert, was zu einer entsprechenden Druckerhöhung im
Druckraum 30 führt. Übersteigt
die an der Druckfläche 32 angreifende
hydraulische Kraft die Kraft der Feder 22, öffnet die
Düsennadel 20,
und Prüffluid
wird von der Düsenspitze 16 in
die Einspritzkammer 18 eingespritzt, wo es gesammelt und
weitergeleitet wird.
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Für die Prüfung des
Pumpe-Düse-Einspritzsystems 12 verfügt die Prüfvorrichtung 10 über zwei wesentliche
Teilvorrichtungen: Eine Betätigungsvorrichtung 40 und
eine Befestigungsvorrichtung 42. Zunächst zu letzterer:
Die
Befestigungsvorrichtung 42 umfasst eine Führungsplatte 44 mit
mehreren parallel zueinander angeordneten Führungsnuten 46, von
denen aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nur eine ein Bezugszeichen trägt.
Durch diese Führungsnuten 46 werden
unterschiedliche Befestigungspositionen für ein als Adapterplatte 48 ausgebildetes
Adapterelement definiert. An dieser Adapterplatte 48 ist
wiederum auf hier nicht näher
dargestellte Art und Weise das Gehäuse 14 des Pumpe-Düse-Einspritzsystems 12 befestigt.
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Die
Führungsplatte 44 ist
in 50 an einer stationären
Basis 52 der Prüfvorrichtung 10 gelenkig
gelagert. Um im Betrieb ein Kippen der Führungsplatte 44 zu
verhindern, stützt
sich diese an ihrem vom Gelenk 50 beabstandeten Ende über eine
Pendelstütze 54 an
einem Lagerbock 56 ab, der ebenfalls mit der stationären Basis 52 verbunden
ist. Am Lagerbock 56 ist ein als Dehnmessstreifen 58 ausgebildeter
Sensor angeordnet, der eine auf den Lagerbock 56 über die Pendelstütze 54 einwirkende
Querkraft erfasst.
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Die
Betätigungsvorrichtung 40 ist
folgendermaßen
aufgebaut. Ein Schlepphebel 60 ist in 62 wieder
an der stationären
Basis 52 schwenkbar gelagert. Das Schwenkgelenk 62 ist
dabei seitlich beabstandet von einer Längsachse 64 des Kolbens 26 des
Pumpe-Düse-Einspritzsystems 12.
Ein Arm 66 des Schlepphebels 60 erstreckt sich
zum Kolben 26 hin. An ihm ist eine ein Zwischenelement
bildende Zwischenplatte 68 befestigt, in der mehrere Gewindebohrungen 70 vorhanden
sind (aus Darstellungsgründen
ist wieder nur eine mit einem Bezugszeichen versehen). Diese bilden
Befestigungspositionen für ein
mit einem Kugelkopf versehenes Betätigungselement 72.
Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die
Gewindebohrungen 70 von der durch das Gelenk 62 definierten
Schwenkachse des Schlepphebels 60 unterschiedlich beabstandet.
Der Kugelkopf des Betätigungselement 22 arbeitet
mit einer komplementären Ausnehmung
(ohne Bezugszeichen) im Kolben 26 des Pumpe-Düse-Einspritzsystems 12 zusammen.
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Auf
der vom Kolben 26 abgewandten Seite des Arms 66 ist
an diesem ein Rollenhalter 74 mit einer Rolle 76 angeordnet.
Diese arbeitet wiederum mit einer Nocke 78 einer Nockenwelle 80 zusammen. Diese
wird von einem hier nicht dargestellten Antriebsmotor, beispielsweise
einem Elektromotor, angetrieben. Ein zweiter Arm 82 des
Schlepphebels 60 wird von einer Druckfeder 84 beaufschlagt,
die zwischen dem Arm 82 und wiederum der stationären Basis 52 verspannt
ist. Auf diese Weise wird die Rolle 76 ständig gegen
die Nocke 78 gedrückt.
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Die
Prüfvorrichtung 10 arbeitet
folgendermaßen:
Bei einer Drehung der Nockenwelle 80 wird der Schlepphebel 60 um
seine Schwenkachse 62 verschwenkt. Aufgrund des Hebelarms
zwischen dem Betätigungselement 72 und
der durch das Gelenk 62 definierten Schwenkachse (dieser
Hebelarm ist in 1 mit 86 bezeichnet)
ergibt sich für
jede Gewindebohrung 70 ein bestimmter Hub. Dieser ist bei
jener Gewindebohrung 70, in der in 1 das Betätigungselement 72 eingeschraubt
ist, am geringsten. Entsprechend ergibt sich ein vergleichsweise
geringer Hub des Kolbens 26. Die Reaktionskraft, die durch
den Druckaufbau im Förderraum 28 über das Gehäuse 14 und
die Adapterplatte 48 in die Führungsplatte 44 eingeleitet
wird, wird über
die Pendelstütze 54 in
den Lagerbock 56 übertragen
und dort vom Dehnmessstreifen 58 erfasst.
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Soll
das gleiche Pumpe-Düse-Einspritzsystem 12 mit
größerem Hub
getestet werden, wird die Adapterplatte 48 einfach in anderen
Führungsnuten 46 an
der Führungsplatte 44 befestigt
und das Betätigungselement 72 in
eine andere der Gewindebohrungen 70 eingeschraubt. Soll
ein anderes Pumpe-Düse-Einspritzsystem 12 getestet
werden, wird eine andere Adapterplatte 48 verwendet. Möglich, jedoch
nicht dargestellt, ist es, dass die Führungsnuten individualisiert
sind, so dass jedem Typ von Kraftstoff-Einspritzsystem eine bestimmte
Befestigungsposition und damit auch ein bestimmter Hub unverwechselbar
zugeordnet ist. In einem ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
kann darüber
hinaus die Befestigungsvorrichtung zusammen mit der Betätigungsvorrichtung
(ohne Nockenwelle) in Längsrichtung
der Nockenwelle verschoben werden. Die entsprechende Nockenwelle
verfügt
dann über eine
Mehrzahl unterschiedlicher und nebeneinander angeordneter Nocken,
so dass je nach Position der Betätigungseinrichtung
die Rolle mit einer anderen Nocke zusammenarbeitet.
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An
der Nockenwelle 80 ist ein Drehwinkelsensor 82 vorgesehen.
Der Drehwinkelsensor 82 hat eine sehr hohe Auflösung. Es
hat sich bei praktischen Versuchen als ausreichend erwiesen, wenn
die Auflösung
des Drehwinkelsensors kleiner als 0,1 Grad ist.
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Ein
Nullhub H0 der Nocke 78 ist in 1 ebenfalls
eingetragen. Wenn nun beispielsweise ein Magnetventil des zu prüfenden Kraftstoff-Einspritzsystems
bei einem Hub H1 angesteuert werden soll, so
kann dem Hub H1 ein Drehwinkel φ1 der Nockenwelle 80 zugeordnet
werden. Dabei gilt für
den Nullhub H0, dass der Drehwinkel φ0 gleich 0 ist.
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Somit
ist es möglich,
dem Hub H1 oder auch anderen Hübe Hi jeweils einen Drehwinkel φ1 oder φi der Nockenwelle 80 zuzuordnen.
Bei der Durchführung
einer Prüfung
eines Kraftstoff-Einspritzsystems kann
dann in Abhängigkeit
des Drehwinkels φ das Magnetventil
des zu prüfenden
Kraftstoff-Einspritzsytems angesteuert werden. In 2 ist
der Drehwinkelsensor 82 nicht dargestellt.
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In 3 ist
ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Einstellung
einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
dargestellt.
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Nach
einem Startblock wird in einem Block 84 der Grundkreis
einer Nocke 78 einer Nockenwelle 80 erfasst. Am
Grundkreis hat die Nocke 78 einen Hub H0 =
0.
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In
einem weiteren Block 86 wird die Nockenwelle 80 so
weit gedreht bis ein vorgegebener Hub H1 erreicht
wird. Der zu diesem Hub H1 gehörende Drehwinkel φ1 wird erfasst und in einem dritten Block 88 auf
einem Speichermedium abgespeichert.
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Falls
zu verschiedenen Hüben
Hi die zugehörigen Drehwinkel φi der Nockenwelle 80 erfasst werden
sollen, werden die Blöcke 86 und 88 so
oft durchlaufen, bis zu jedem Prüfhub
Hi ein Drehwinkel φi der
Nockenwelle 80 erfasst und abgespeichert ist. Mit diesen
abgespeicherten Werten, die für
jede Prüfvorrichtung
nach erfolgter Montage individuell erfasst werden, kann die Prüfvorrichtung
ausgeliefert und beim Kunden eingesetzt werden. Durch die individuelle
Zuordnung der Drehwinkel φi zu den Prüfhüben Hi können auch
eventuelle Fertigungsungenauigkeiten, beispielsweise in der Kontur
der Nocke 78 eliminiert werden, so dass alle ausgelieferten
Prüfvorrichtungen
eine identische Genauigkeit aufweisen.
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In 4 ist
eine Seitenansicht einer Nockenwelle 80 mit einer Nocke 78 dargestellt.
Der Nullhub H0 ist bei einem Winkel φ0 = 0° erreicht.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Referenzsignal des nicht
dargestellten Winkelsensors 82 10° bis 30° vor dem Erreichen des Nullhubs abgegeben
wird. Der Bereich, innerhalb dessen vorteilhafterweise das Referenzsignal
des Drehwinkelsensors 82 abgegeben wird, ist in 4 mit
dem Bezugszeichen 90 versehen.