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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zur Erfassung einer Drehlage, insbesondere eines
oberen Totpunktes, einer Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine mit
einem oder mehreren Kolben, die über Pleuel mit der Kurbelwelle
gekoppelt sind und in Zylindern verfahren, sowie ein Verfahren zur
Erfassung einer Drehlage, insbesondere eines oberen Totpunktes einer
Kurbelwelle einer solchen Hubkolbenmaschine.
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Beispielsweise
zur präzisen Einstellung eines Einspritzzeitpunktes ist
die möglichst genaue Erfassung eines sogenannten oberen
Totpunktes einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine erforderlich. Hierzu
wird bisher nach betriebsinterner Praxis der obere Totpunkt manuell
mittels einer Wasserwaage erfasst, die an einer Trennfuge zwischen
der Kurbelwelle und einem Gegengewicht angelegt wird. Eine solche
Bestimmung ist jedoch relativ ungenau und erfordert zudem nachteilig
eine vorhergehende Ausrichtung der Hubkolbenmaschine mit der Wasserwaage.
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Aus
der
DE 103 04 699
A1 ist bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung
einer Drehlage einer Kurbelwelle bekannt, bei der mittels zweier
Sensoren die Drehlage eines Geberrades und eines Ausgleichsgewichtes erfasst
werden, die mit der Kurbelwelle verbunden sind. Weiterhin ist aus
der
DE 10 2005
054 627 A1 eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zur Erfassung einer Drehlage einer Kurbelwelle einer Hubkolbenma schine
bekannt, bei der ein an einer Kolbenspritzdüse angeordneter
Sensor berührungslos ein freies Ende eines Kolbenhemdes oder
auf der Innenseite des Kolbenhemdes angeordnete Kanten erfasst,
um einen unteren Totpunkt zu bestimmen.
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Nachteilig
sind in beiden vorgenannten Lösungsvorschlägen
die von Sensoren zu erfassenden Messkörper schwer zugänglich
an der Kurbelwelle bzw. einem Kolbenhemd angeordnet, was insbesondere
eine nur temporäre Befestigung der Vorrichtung erschwert,
die beispielsweise nach Einstellen eines Einspritzzeitpunktes wieder
entfernt werden soll. Dementsprechend schlagen die genannte
DE 103 04 699 A1 und
DE 10 2005 054 627
A1 jeweils stationäre Vorrichtungen vor, deren
Sensoren und Messkörper dauerhaft an der Hubkolbenmaschine
befestigt sind.
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Ein
weiterer Nachteil der vorgenannten bekannten Lösungen besteht
in der Platzierung der Messstelle: Wird diese, wie in der
DE 103 04 699 A1 , direkt
an der Kurbelwelle angeordnet, ergeben sich aufgrund der geringen
Hebelarme größere Messungenauigkeiten. Wird hingegen,
wie in der
DE
10 2005 054 627 A1 , die Position des Kolbens erfasst, kann insbesondere
Spiel zwischen Kolben und Pleuel die insoweit nur indirekte Erfassung
der Drehlage der Kurbelwelle verfälschen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine einfache und zugleich
genaue Erfassung einer Drehlage, insbesondere eines oberen Totpunktes,
einer Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine zu ermöglichen.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet. Anspruch
16 stellt das zugehörige Verfahren unter Schutz.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erfassung
einer Drehlage und insbesondere eines oberen Totpunktes einer Kurbelwelle
einer Hubkolbenmaschine, die einen oder mehrere Kolben aufweist,
wobei jeder Kolben über einen Pleuel mit der Kurbelwelle
gekoppelt ist und in einem Zylinder verfährt. Die vorliegende
Erfindung wird nachfolgend insbesondere mit Bezug auf die Erfassung
eines oberen Totpunktes näher erläutert, die beispielsweise
zur Einstellung eines Einspritzzeitpunktes der Hubkolbenmaschine
erforderlich ist. Sie kann jedoch gleichermaßen auch zur
Erfassung anderer, ausgezeichneter Drehlagen, beispielsweise der
Erfassung eines unteren Totpunktes oder dergleichen genutzt werden.
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Erfindungsgemäß wird
ein mit dem Kolben verfahrbarer Messkörper an dem Pleuel
befestigt.
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Die
Befestigung des Messkörpers an dem Pleuel ermöglicht
eine präzise Erfassung des oberen Totpunktes der Kurbelwelle.
Einerseits ergeben sich gegenüber der Erfassung der Kurbelwelle
selber größere Hebelarme, so dass die Messung
präziser wird. Auf der anderen Seite kann Spiel zwischen
dem Pleuel und dem Kolben das Messergebnis nicht beeinflussen.
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Zum
anderen ermöglicht die Befestigung des Messkörpers
an dem Pleuel, der relativ gut zugänglich ist, eine einfache
Befestigung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
an einer Hubkolbenmaschine.
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In
einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist die Sensoranordnung an einem an dem Zylinder befestigbaren Sensorträger
anordnet. Die Befestigung des Sensorträgers an dem Zylinder,
der ebenfalls relativ gut zugänglich sind, trägt ihrerseits
zu einer einfachen Befestigung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung an einer Hubkolbenmaschine bei.
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Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vorrichtung nur temporär,
beispielsweise zur Einstellung eines Einspritzzeitpunktes, an der
Hubkolbenmaschine befestigt und anschließend wieder entfernt
werden soll.
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Insbesondere
hierzu ist es vorteilhaft, den Messkörper und/oder den
Sensorträger lösbar an dem Pleuel bzw. Zylinder
zu befestigen. Hierzu kann der Messkörper bzw. Sensorträger
bevorzugt mit dem Pleuel bzw. Zylinder verschraubt sein. Gleichermaßen
können Messkörper und Pleuel bzw. Sensorträger
und Zylinder auch auf andere Weise miteinander verbunden sein, beispielsweise über
eine Rast-, Steck- oder Klemmverbindung. Hierdurch ist es vorteilhaft
möglich, die Vorrichtung nur temporär zur an der
Hubkolbenmaschine zu befestigen und nach der Erfassung wieder zu
entfernen, so dass einerseits mit derselben Vorrichtung Drehlagen
verschiedener Hubkolbenmaschinen erfasst werden können
und andererseits eine Hubkolbenmaschine keine im stationären
Betrieb nicht benötigte Messvorrichtung aufweist.
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Insbesondere
zur Montage solcher lösbarer Messkörper bzw. Sensorträger
können der Messkörper bzw. der Sensorträger
eine Zentrierhilfe aufweisen, die ihre Befestigung an dem Pleuel
bzw. Zylinder erleichtert, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn
die Vorrichtung temporär an verschiedenen Hubkolbenmaschinen
befestigt werden soll. Eine Zentrierhilfe kann in einer bevorzugten
Ausführung einen oder mehrere Vorsprünge oder
Aussparungen aufweisen, die formschlüssig mit entsprechenden Konturen,
Aussparungen bzw. Vorsprüngen des Pleuels bzw. des Zylinders
zusammenwirken. Solche Zentrierhilfen können den Messkörper
bzw. den Sensorträger gleichermaßen relativ zu
einer Normalebene zu einer Zylinderlängsachse und/oder
in dieser Normalebene, d. h. in einer bestimmten Winkellage zur
Zylinderachse, zentrieren. Wird der Messkörper in einer
bevorzugten Ausführung durch eine Zentrierhilfe bezüglich
des Pleuels und der Sensorträger mittels einer Zentrierhilfe
bezüglich des Zylinders zentriert befestigt, ergibt sich
damit vorteilhaft zugleich eine Zentrierung von Messkörper
und der auf dem Sensorträger angeordneten Sensoranordnung
bezüglich einer oder mehrerer Achsen.
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Bevorzugt
wird der Messkörper in der Nähe der Verbindung
zwischen Pleuel und Kurbelwelle befestigt. Insbesondere kann der
Messkörper an einem dem Kolben abgewandten Pleuelfuß an
dem Pleuel befestigt werden. Dieser Bereich ist einerseits besonders
gut zugänglich und gewährleistet auf der anderen
Seite günstige Hebelverhältnisse zur Vermeidung von
Messfehlern.
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Aus
diesen Gründen kann bevorzugt der Sensorträger
in der Nähe der Position des Messkörpers befestigt
werden, die dieser einnimmt, wenn die Kurbelwelle in der zu erfassenden,
ausgezeichneten Drehlage, insbesondere in ihrem oberen Totpunkt
ist. Damit ergibt sich in der zu erfassenden Lage ein minimaler
Abstand zwischen Messkörper und Sensoranordnung, was die
Zuverlässigkeit und Präzision der Sensorerfassung
erhöht.
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Wird
der Zylinder durch eine Zylinderbuchse gebildet, in der der Kolben
verfahrbar angeordnet ist, kann es besonders vorteilhaft sein, den
Sensorträger an dieser Zylinderbuchse zu befestigen. Insbesondere
kann der Sensorträger an der in der Regel gut zugänglichen
Stirnseite der Zylinderbuchse befestigt werden, die der Kurbelwelle
zugewandt ist.
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In
einer besonders einfachen und daher vorteilhaften Ausgestaltung
können der Messkörper und/oder der Sensorträger
ein abgekantetes Blech aufweisen. Ein solches abgekantetes Blech
bietet einerseits eine erste Ebene, die mit einer großen
Anlagefläche präzise zu einer Zylinderachse ausgerichtet,
insbesondere in einer Normalebene zu dieser Zylinderachse angeordnet
werden kann. Eine gegen diese erste Ebene geneigte zweite Ebene
dient dann zur Platzierung der Sensoranordnung bzw. Ausbildung eines
von der Sensoranordnung erfassbaren Bereichs des Messkörpers.
Vorzugsweise kann die zweite Ebene im Wesentlichen um 90° gegen
die erste Ebene geneigt sein, so dass die Zylinderachse parallel
zu dieser Ebene liegt und der Pleuel sich bevorzugt in einer zur
zweiten Ebene parallelen Ebene bewegt.
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Die
Sensoranordnung kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, wobei
mehrere Sensoren gleichermaßen durch redundante Erfassung
des Messkörpers die Zuverlässigkeit und Präzision
der Messung erhöhen, zur Erfassung von verdrehten Messkörpern
dienen oder zur Bestimmung des oberen Totpunktes genutzt werden
können. Beispielsweise kann die Sensoranordnung einen ersten
Sensor aufweisen, der einen Bereich des Messkörpers erfast,
wenn die Kurbelwelle sich in ihrem oberen Totpunkt befindet, und
einen zweiten Sensor, der in diesem Fall keinen Bereich des Messkörpers
erfasst. Hierdurch kann eine erfasste Obere-Totpunkt-Stellung, in
der nur der erste Sensor den Messkörper erfasst, von der
Si tuation unterschieden werden, in der kein Messkörper
vorhanden ist, so dass keiner der beiden Sensoren den Messkörper
erfasst.
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Sensoren
der Sensoranordnung können die Position des Messkörpers
berührungslos erfassen. Hierzu können die Sensoren
die Position des Messkörpers beispielsweise elektromagnetisch,
insbesondere induktiv oder magnetisch, etwa mittels Reed-Kontakt,
optisch, insbesondere mittels infraroter Strahlung, Lichtschranken
oder dergleichen, und/oder akustisch, insbesondere im Ultraschallbereich
erfassen. Hierzu kann die Sensoranordnung einen oder mehrere elektromagnetische,
optische, und/oder akustische Sender aufweisen, deren Strahlung
von dem Messkörper unterbrochen, reflektiert oder gestreut
wird, was durch einen oder mehrere Empfänger der Sensoranordnung
erfasst wird. Gleichermaßen können solche Sender
bzw. Empfänger auch an dem Messkörper angeordnet
sein.
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Zusätzlich
oder alternativ kann die Sensoranordnung auch einen oder mehrere
mechanische Sensoren umfassen, die Messaufnehmer aufweisen, die
eine Messkontur des Messkörpers mechanisch abgreifen.
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Bevorzugt
weist die Sensoranordnung eine Speichereinrichtung zur Speicherung
einer Drehlage, insbesondere eines oberen Totpunktes der Kurbelwelle
auf. Im Falle einer mechanischen Sensoranordnung kann die Speichereinrichtung
beispielsweise einen mit dem Messaufnehmer verbundenen Schleppzeiger
umfassen, der bei sich nach oben von der Kurbelwelle weg bewegendem
Kolben auf einer Skala verschoben wird und im jeweils maximal erreichten Position
verharrt. Gleichermaßen kann die Speichereinrichtung, insbesondere
bei berührungslosen Sensoren, auch einen elektromagnetischen
Speicher aufweisen.
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Bevorzugt
umfasst die Sensoranordnung eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung
von Ausgabesignalen der Sensoren. Eine solche Verarbeitungseinrichtung
kann beispielsweise die Größe, Intensität
oder dergleichen eines Sensorsignales in eine Relativposition des
Messkörpers zum Sensor umsetzen und aus einer Abfolge verschiedener
Relativpositionen einen oberen Totpunkt als Minimum bzw. Maximum
der verarbeiteten Relativpositionen ermitteln. Eine solche Verarbeitungseinrichtung
kann auch Messfehler oder dergleichen korrigieren bzw. kompensieren,
indem beispielsweise verrauschte Signale geglättet, gefiltert,
interpoliert werden oder dergleichen.
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Die
Sensoranordnung kann weiter eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe
einer Drehlage, insbesondere eines oberen Totpunktes der Kurbelwelle aufweisen.
Diese Ausgabe kann gleichermaßen optisch, akustisch und/oder
elektronisch in einer zur Weiterverarbeitung geeigneten Form, beispielsweise für
einen Regler erfolgen. Eine optische bzw. akustische Ausgabe kann
einen Anwender beispielsweise darüber informieren, wenn
die Kurbelwelle einen oberen Totpunkt erreicht hat. Hierzu kann
beispielsweise die Verarbeitungseinrichtung die Ausgabesignale der
Sensoren auswerten und dann, wenn der Gradient eines zur Relativposition
von Messkörper und Sensoranordnung proportionales Sensorsignals sein
Vorzeichen ändert, einen Totpunkt der Kurbelwelle anzeigen.
Ist die Speichereinrichtung als Schleppzeiger ausgebildet, gibt
dessen maximal erreichte Position auf der Skala, in der der Schleppzeiger
verharrt, den oberen Totpunkt an, der dadurch präzise angefahren
werden kann, dass der Zeiger eines Zeigerinstruments in Deckung
mit dem Schleppzeiger gebracht wird.
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In
einer bevorzugten Anwendung der vorliegenden Erfindung kann die
erfasste Drehlage einem Regler zugeführt werden, der aus
der Differenz zwischen dieser erfassten und einer vorgegebenen Drehlage
eine Regeldifferenz bildet und automatisch eine Dreheinrichtung
zum Drehen der Kurbelwelle so ansteuert, dass die Regeldifferenz
minimal wird. Hierzu kann beispielsweise in einem ersten Schritt durch
Drehen der Kurbelwelle während der Erfassung ihrer Drehlage
ihr oberer Totpunkt erfasst und als vorgegebene Drehlage abgespeichert
werden, so dass anschließend dieser obere Totpunkt automatisch
mit Hilfe des Reglers angefahren werden kann.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen.
Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 einen
Teil einer Hubkolbenmaschine mit einer Vorrichtung nach einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung im perspektivischen Teilschnitt; und
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2 eine
Vergrößerung des in 1 durch einen
Kreis bezeichneten Bereichs.
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1 zeigt
im perspektivischen Teilschnitt, in dem zur Verdeutlichung einige
Bauteile weggelassen sind, eine Hubkolbenmaschine mit einer Kurbelwelle 1 und
einem in einem Zylinder 3 verfahrbaren Kolben 2.
Dieser ist über einen Pleuel 4 derart mit der Kurbelwelle 1 gekoppelt,
dass der Kolben 2 bei einer Drehung der Kurbelwelle im
Zylinder auf- und abfährt. Nimmt der Kolben 2 im
Zylinder 3 seine am weitesten von der Kurbelwelle 1 liegende
Position ein, befindet sich die Kurbelwelle 1 in ihrem
in 1 gezeigten oberen Totpunkt.
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Die
Hubkolbenmaschine umfasst weitere Zylinder (nicht dargestellt),
in denen entsprechend Kolben verfahren, wobei diese Kolben gegen
den in 1 gezeigten Kolben derart versetzt mit der Kurbelwelle 1 gekoppelt
sind, dass sie bei unterschiedlichen Drehlagen der Kurbelwelle 1 jeweils
ihre am weitesten von der Kurbelwelle 1 entfernte Position einnehmen.
Insofern weist die Kurbelwelle 1 bezüglich jedes
Zylinders einen oberen Totpunkt auf, der erfindungsgemäß bestimmt
werden kann, indem die nachfolgend beschriebene Vorrichtung am entsprechenden
Zylinder angeordnet wird. Gleichermaßen kann als oberer
Totpunkt der Kurbelwelle 1 auch diejenige Drehlage definiert
werden, in der der in 1 gezeigte Kolben seine maximal
von der Kurbelwelle 1 beabstandete Position einnimmt, wobei
die Totpunkte der weiteren Kolben sich aufgrund des Winkelversatzes
in der Kurbelwelle automatisch ergeben.
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Wie
insbesondere in der Vergrößerung der 2 erkennbar,
umfasst eine Vorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung zur Erfassung des oberen Totpunktes der Kurbelwelle 1 einen
Messkörper in Form eines abgekanteten Bleches 5 mit
einer ersten Ebene (oben in 2) und einer
hiergegen um etwa 90° geneigten zweiten Ebene (vorne in 2).
Die erste Ebene weist Aussparungen auf, die von entsprechenden Vorsprüngen 8.2 durchgriffen
werden, die am Pleuel 4 ausgebildet sind und den Messkörper 5 relativ
zum Pleuel 4 zentrieren. Zur Montage wird der Messkörper 5 mit
seinen Aussparungen auf den Vorsprüngen 8.2 eingehängt
und anschließend durch Schrauben 9 mit dem Pleuel 4 verschraubt.
Schrauben 9 und Vorsprünge 8.2 dienen
insofern als Zentrierhilfe.
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Der
Zylinder 3 ist als im Gehäuse der Hubkolbenmaschine
angeordnete Zylinderbuchse ausgebildet. An ihrer unteren, der Kurbelwelle 1 zugewandten,
offenen Stirnseite wird ein Sensorträger in Form eines
ebenfalls abgekanteten Bleches 7 in nicht näher
dargestellter Weise angeschraubt. Durch die Anlage einer ersten
Ebene des abgekanteten Sensorträgers 7 (oben in 2)
an der Stirnseite der Zylinderbuchse wird der Sensorträger 7 relativ
zur Normalebene zu der Zylinderachse (oben-unten in 2)
zentriert. In dieser Normalebene wäre der mit seiner ersten
Ebene an der unteren Stirnseite der Zylinderbuchse anliegende Sensorträger 7 noch
verschiebbar. Zur Zentrierung relativ zur Zylinderachse umfasst
er daher weiterhin eine Zentrierhilfe in Form von drei Vorsprüngen 8.1,
die derart angeordnet sind, dass sie am Außenumfang der
Zylinderbuchse anliegen, wenn der Sensorträger 7 korrekt
positioniert ist. Zur Montage wird daher der Sensorträger 7 zunächst mit
seiner ersten Ebene an der Stirnseite der Zylinderbuchse angelegt
und anschließend so lange verschoben, bis die Vorsprünge 8.1 am
Außenumfang der Zylinderbuchse anliegen. Anschließend
wird der Sensorträger 7 von unten an die Zylinderbuchse
angeschraubt (nicht dargestellt).
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Durch
die formschlüssige Zentrierung des Messkörpers 5 relativ
zum Pleuel 4 und des Sensorträgers 7 relativ
zum Zylinder 3 sind auch Messkörper 5 und
Sensorträger 7 relativ zu einander zentriert.
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Auf
einer zweiten, gegen die erste Ebene um im Wesentlichen 90° geneigten
Ebene des abgekanteten Sensorträgers 7 (vorne
in 2) sind drei Sensoren 6 einer Sensoranordnung
angeordnet. Diese erfassen berührungslos die Position eines
im Wesentlichen zur zweiten Ebene des Sensorträgers 7 parallelen
Bereich des abgekanteten Messkörpers 5.
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Hierzu
weist jeder Sensor 6 einen induktiven Sensor auf, dessen
Ausgangssignal sich in Abhängigkeit von der Position des
ihm gegenüber positionierten, abgekanteten Bereichs des
Messkörpers 5 ändert, der parallel zur
zweiten Ebene des Sensorträgers 7 ausgerichtet
ist. Dreht sich die Kurbelwelle 1, ausgehend von dem in 1, 2 gezeigten
oberen Totpunkt, im bzw. gegen den Uhrzeigersinn, so vergrößert
sich zunächst der Bereich des Messkörpers 5,
der den drei Sensoren 6 gegenüberliegt. Insbesondere
erhöht sich das Signal des linken bzw. rechten Sensors 6 sprungartig,
sobald die zurückversetzte linke bzw. rechte untere Kante
des abgekanteten Bereichs (vorne in 2) des Messkörpers 5 auf Höhe
der Sensoren 6 kommt. Beim Überfahren des oberen
Totpunktes, beispielsweise bei einer Drehung der Kurbelwelle 1 im
Uhrzeigersinn, erhöhen sich daher zunächst die
Signale aller drei Sensoren 6, wenn die obere Kante des
Messkörpers 5 von unten an diesen vorbeigeführt
wird. Anschließend verringern sich die Ausgangssignale
insbesondere des linken und des rechten Sensors 6, sobald
die zurückversetzte untere Kante des Messkörpers 5 von
unten an diesen Sensoren vorbeistreicht. Im oberen Totpunkt ist
der Messkörper 5 am weitesten von den drei Sensoren 6 entfernt,
wobei der mittlere Sensor 6 aufgrund des ihm gegenüberliegenden
vorspringenden Bereichs des Messkörpers 5 ein
stärkeres Signal als der linke und rechte Sensor 6 ausgibt.
Beim anschließenden Weiterdrehen der Kurbelwelle 1 nehmen
zunächst insbesondere die Sensorsignale des linken und
rechten Sensors 6 zunächst sprunghaft zu, sobald
die zurückversetzte untere Kante des Messkörpers 5 an
ihnen vorbeistreicht, bevor die Sensorwerte aller drei Sensoren
stark absinken, wenn die obere Kante des Messkörpers 5 von
oben an ihnen vorbeifährt.
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Die
Sensoreinrichtung umfasst eine Verarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt),
die die Ausgabesignale der drei Sensoren überwacht. Erfasst
sie dabei ein Ansteigen aller drei Sensorwerte (die obere Kante
des Messkörpers 5 überstreicht von unten
die drei Sensoren), gefolgt von einem starken Abfall des Ausgabesig nals
des linken und rechten Sensors (die zurückversetzte untere
Kante des Messkörpers 5 überstreicht
von unten die Sensoren 6), gefolgt von einem erneuten Ansteigen
der Ausgabesignale insbesondere des linken und rechten Sensors 6 (die
zurückversetzte untere Kante des Messkörpers 5 überstreicht
die Sensoren 6 von oben kommend), erkennt sie, dass die
Kurbelwelle 1 durch ihren oberen Totpunkt gegangen ist.
Daher überwacht die Verarbeitungseinrichtung die drei Sensorsignale.
Sobald diese wieder größer werden, nachdem zunächst
alle größer wurden und anschließend insbesondere
die Ausgabesignale des linken und rechten Sensors abnahmen, gibt
die Verarbeitungseinrichtung ein Totpunktsignal an eine Ausgabeeinrichtung
(nicht dargestellt) aus, die das Erreichen des oberen Totpunktes
optisch in Form einer Warnleuchte auf der Vorderseite der drei Sensoren 6 und
ergänzend akustisch durch einen Warnton ausgibt. Dreht
der Anwender die Kurbelwelle 1 daher langsam im oder entgegen des
Uhrzeigersinnes, informiert ihn die Ausgabeeinrichtung optisch und
akustisch, sobald er den oberen Totpunkt erreicht hat.
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In
einer nicht dargestellten Abwandlung der vorliegenden Ausführung
sind die drei Sensoren 6 als Lichtschranken mit je einem
Sender und einem Empfänger elektromagnetischer Strahlung
einer bestimmten Wellenlänge ausgebildet, die beispielsweise
im Infrarotbereich liegen kann. Die Sender senden elektromagnetische
Strahlung aus, die vom Messkörper 5 in ihre Empfänger
zurückreflektiert wird, wenn ein Bereich des Messkörpers 5 dem
jeweiligen Sensor 6 gegenüber liegt. Ist dies
nicht der Fall, wird ein Großteil der ausgesandten Strahlung
an anderen Bauteilen der Hubkolbenmaschine gestreut oder absorbiert
und nur ein geringer Teil in den Empfänger zurückreflektiert.
Der jeweilige Sensor 6 erkennt daher ein Vorhandensein
des Messkörpers 5, wenn der Anteil der vom Empfänger
empfangenen, reflektierten elektromagnetischen Strahlung einen bestimmten
Grenzwert überschreitet. Der abgekantete Messkörper 5 ist
dabei so ausgestaltet, dass im oberen Totpunkt nur ein nach unten
vorspringender Bereich elektromagnetische Strahlung des mittleren
Sensors 6 reflektiert, während der linke und rechte
Sensor aufgrund der zurückversetzten unteren Kanten des Messkörpers 5 keinen
Messkörper erfassen. Somit kann die Senderanordnung die
drei Zustände „oberer Totpunkt" (linker, rechter
Sensor 6: kein Signal; mittlerer Sensor 6: Signal), „Messkörper 5 im
Bereich der Sensoranordnung" (alle drei Sensoren 6: Signal)
und „Messkörper 5 außerhalb
des Bereichs der Sensoren 6" (alle drei Sensoren 6:
kein Signal) unterscheiden. Im Gegensatz zur vorstehend beschriebenen
Ausführungsform kann hier der obere Totpunkt jedoch nur
mit einer gröberen Genauigkeit erfasst werden. Zudem ist
eine präzisere Justage der Vorrichtung relativ zur Zylinderachse
erforderlich.
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In
einer nicht dargestellten weiteren Ausführung der vorliegenden
Erfindung ist auf dem Sensorträger 7 ein Sensor
in Form eines Messaufnehmers angeordnet, der eine Messkontur des
Messkörpers 5 mechanisch abtastet und einen Zeiger
einer kombinierten Speicher- und Ausgabeeinrichtung in Form eines
Zeigerinstrumentes (nicht dargestellt) aktuiert. Nähert
sich der Messkörper 5 dem Sensorträger 7, bewegt
sich der Zeiger längs einer Skala auf dem Zeigerinstrument
vorwärts und nimmt dabei einen Schleppzeiger mit. Erreicht
die Kurbelwelle 1 ihren oberen Totpunkt, so erreicht der
Zeiger mit dem Schleppzeiger seinen maximalen Wert auf der Skala. Beim
Weiterdrehen der Kurbelwelle 1 geht der Zeiger auf der
Skala entsprechend zurück, während der Schleppzeiger
in der maximal erreichten Position verharrt. Durch Beobachten des
Zeigers kann der Anwender so den oberen Totpunkt erfassen, indem er
analog zu der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise der Verarbeitungseinrichtung
die Drehlage der Kurbelwelle erfasst, ab der der Zeiger des Zeigerinstrumentes
auf der Skala beginnt, zurückzugehen. Nach Überschreiten
des oberen Totpunktes kann der Anwender dabei die Kurbelwelle 1 weiterdrehen,
wobei sich bei erneuter Annäherung an den oberen Totpunkt
der Zeiger des Zeigerinstruments dem Schleppzeiger nähert.
Somit kann der Anwender den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 präzise
anfahren, indem er Zeiger und Schleppzeiger des Zeigerinstruments
in Übereinstimmung bringt.
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Sind
die Einspritzzeitpunkte der Hubkolbenmaschine anhand der erfindungsgemäß bestimmten oberen
Totpunkte eingestellt, können Messkörper 5 und
Sensorträger 7 losgeschraubt und entfernt werden.
Somit kann dieselbe erfindungsgemäße Vorrichtung
bei verschiedenen Hubkolbenmaschinen verwendet werden, während
bei einer bestimmten Hubkolbenmaschine Bauteile und insbesondere
Sensoren und eine Verarbeitungseinrichtung entfallen, die in ihrem
stationären Betrieb nicht erforderlich sind. Durch die
Anordnung des Messkörpers 5 und des Sensorträgers 7 an
dem gut zugänglichen Pleuel 4 bzw. Zylinder 3 kann
die Vorrichtung dabei einfach montiert und demontiert werden.
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Kolben
- 3
- Zylinder
- 4
- Pleuel
- 5
- Messkörper
- 6
- Sensor
- 7
- Sensorträger
- 8
- Zentrierhilfe
(8.1 Zentrierhilfe des Sensorträgers; 8.2 Zentrierhilfe
des Messkörpers)
- 9
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10304699
A1 [0003, 0004, 0005]
- - DE 102005054627 A1 [0003, 0004, 0005]