DE102014101506B3 - Inspection device for testing a rotary component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Prüfen eines Rotationsbauteils (12), das zumindest ein inneres Element (14) und ein äußeres Element (16) aufweist, die koaxial zueinander angeordnet und relativ zueinander verdrehbar sind, mit einer eine Antriebswelle (24) aufweisenden Antriebseinheit zum Antrieb des inneren Elements (14), einer Greifeinrichtung (50, 54) zum drehfesten Halten des äußeren Elements (16), einer eine Spannwelle (46) aufweisenden Spanneinheit zum Einspannen des Rotationsbauteils (12) in eine Prüfposition, wobei die Antriebswelle (24) und die Spannwelle (46) zumindest in der Prüfposition hydrostatisch gelagert sind, und einer Messaufnehmereinheit (60) zum Erfassen zumindest eines das Rotationsbauteil charakterisierenden Parameters während des Antriebs des inneren Elements.The invention relates to a testing device for testing a rotary component (12) which has at least one inner element (14) and one outer element (16) arranged coaxially with one another and rotatable relative to one another, with a drive unit having a drive shaft (24) Driving the inner element (14), a gripping device (50, 54) for non-rotatably holding the outer element (16), a tensioning unit (26) having a clamping shaft (46) for clamping the rotary component (12) in a test position, wherein the drive shaft (24) and the tension shaft (46) are hydrostatically supported at least in the test position, and a sensor unit (60) for detecting at least one parameter characterizing the rotation component during the drive of the inner member.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Prüfen eines Rotationsbauteils, das zumindest ein inneres Element und ein äußeres Element aufweist, die koaxial zueinander angeordnet und relativ zueinander verdrehbar sind. The present invention relates to a testing apparatus for inspecting a rotary member having at least an inner member and an outer member which are coaxial with each other and rotatable relative to each other.
Prüfvorrichtungen sind beispielsweise aus
Rotationsbauteile werden in unterschiedlichsten Technikbereichen eingesetzt. Ein Beispiel eines solchen Rotationsbauteils ist eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung, die zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eines Verbrennungsmotors verwendet wird. Grundsätzlich umfasst eine solche Nockenwellen-Verstelleinrichtung ein Antriebselement und ein Abtriebselement, die relativ zueinander um eine gemeinsame Drehachse verdrehbar sind. Rotary components are used in a wide variety of technical fields. An example of such a rotary component is a camshaft adjusting device, which is used to vary the timing of the combustion chamber valves of an internal combustion engine. Basically, such a camshaft adjusting device comprises a drive element and an output element, which are rotatable relative to each other about a common axis of rotation.
Solche Rotationsbauteile, insbesondere auch Nockenwellen-Verstelleinrichtungen, werden vor deren Einbau, beispielsweise in einen Verbrennungsmotor, einer Prüfung unterzogen, wobei verschiedene das Rotationsbauteil charakterisierende Eigenschaften bzw. Parameter erfasst und bewertet werden. Zu diesen Parametern gehören beispielsweise die Lagerreibung zwischen den zwei zueinander verdrehbaren Elementen, Abtriebsmomente, Volumenstrom, Verstellwinkel, Verriegelungsspiel und andere Parameter. Insbesondere sind bei einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung der Winkelbereich zwischen den beiden vorhandenen Anschlägen sowie das zum Verdrehen eines Bauteils erforderliche Drehmoment von Bedeutung. Such rotary components, in particular also camshaft adjusting devices, are subjected to a test before being installed, for example in an internal combustion engine, wherein various properties or parameters characterizing the rotary component are recorded and evaluated. These parameters include, for example, the bearing friction between the two mutually rotatable elements, output torques, flow, displacement, locking game and other parameters. In particular, in a camshaft adjusting device, the angular range between the two existing stops and the torque required for rotating a component are important.
Bisherige Lösungen bestanden darin, das innere Element einzuspannen und drehfest zu halten und das äußere Element um die gemeinsame Achse zu drehen. Bei der Drehmomentmessung wird dabei das eingeleitete Moment durch einen nicht rotierenden Drehmoment-Flanschsensor gemessen, welcher im Antriebsstrang zwischen Motor und Greifer angeordnet ist. Previous solutions have been to clamp the inner member and hold it against rotation and to rotate the outer member about the common axis. In the torque measurement while the torque introduced is measured by a non-rotating torque flange sensor, which is arranged in the drive train between the engine and gripper.
Obgleich sich diese Lösung in der Praxis bewährt hat, bleibt weiterhin der Wunsch bestehen, eine Prüfvorrichtung bereitzustellen, die gegenüber Störeinflüssen bei der Messung unempfindlich ist, so dass Störeinflüsse insbesondere im Antriebsstrang nicht in Messungen eingehen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Montagefreundlichkeit zu verbessern und den Ausrichtaufwand zu verringern, der notwendig ist, um die mit den beiden Elementen des Rotationsbauteils zusammenwirkenden Wellen zueinander auszurichten. Although this solution has been proven in practice, it remains the desire to provide a test device that is insensitive to interference during the measurement, so that disturbances, especially in the drive train are not included in measurements. In addition, it is desirable to improve the ease of assembly and to reduce the Ausrichtaufwand necessary to align the cooperating with the two elements of the rotary member shafts to each other.
Diese Aufgabe wird durch eine Prüfvorrichtung zum Prüfen eines Rotationsbauteils gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. This object is achieved by a testing device for testing a rotary component, which has the features of claim 1.
Die Prüfvorrichtung umfasst eine eine Antriebswelle aufweisende Antriebseinheit zum Antrieb des inneren Elements, eine Greifeinrichtung zum drehfesten Halten des äußeren Elements, eine eine Spannwelle aufweisende Spanneinheit zum Einspannen des Rotationsbauteils in eine Prüfposition, wobei sowohl die Antriebswelle als auch die der Antriebswelle koaxial gegenüberliegende Spannwelle zumindest in der Prüfposition hydrostatisch gelagert sind, und eine Messaufnehmer-Einheit zum Erfassen zumindest eines das Rotationsbauteil charakterisierenden Parameters während des Antriebs des inneren Elements. The test device comprises a drive shaft having a drive unit for driving the inner member, a gripping device for rotationally fixed holding the outer member, a clamping shaft having clamping unit for clamping the rotary member in a test position, both the drive shaft and the drive shaft coaxial opposite clamping shaft at least in the test position are mounted hydrostatically, and a sensor unit for detecting at least one of the rotational component characterizing parameter during the drive of the inner member.
Das heißt mit anderen Worten, dass die Prüfvorrichtung das äußere Element während der Prüfung drehfest hält und das innere Element über einen Antrieb um die gemeinsame Drehachse dreht. Im eingespannten Zustand, d.h. in der Prüfposition, sind die Antriebswelle und die Spannwelle hydrostatisch gelagert, so dass keinerlei Reibungsverluste entstehen. Erst die hydrostatische Lagerung ermöglicht das Einspannen und drehfeste Halten des äußeren Elements und den Antrieb des inneren Elements. In other words, that the test device rotatably holds the outer member during the test and rotates the inner member about a drive about the common axis of rotation. In the clamped state, i. In the test position, the drive shaft and the tensioning shaft are hydrostatically supported so that no friction losses occur. Only the hydrostatic bearing allows the clamping and rotationally fixed holding the outer member and the drive of the inner member.
Daraus ergeben sich weitere Vorteile, insbesondere lässt sich das Drehmoment ohne Störeinflüsse durch den Antrieb erfassen. Auch der Aufbau selbst gestaltet sich einfacher und lässt einen kompaktere Bauweise der gesamten Prüfvorrichtung zu. This results in further advantages, in particular, the torque can be detected without interference by the drive. Even the structure itself is simpler and allows a more compact design of the entire test apparatus.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Greifeinrichtung eine erste Greifeinheit zum kraftschlüssigen Halten des äußeren Elements auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Greifeinrichtung bevorzugt eine zweite Greifeinheit zum formschlüssigen Halten des äußeren Elements auf. In a preferred development, the gripping device has a first gripping unit for frictionally holding the outer element. Alternatively or additionally, the gripping device preferably has a second gripping unit for the positive holding of the outer element.
Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Greifeinrichtung zwei unterschiedliche Möglichkeiten des drehfesten Haltens des äußeren Elements erlaubt, nämlich einerseits ein kraftschlüssiges Halten ohne Spiel und ein formschlüssiges Halten mit Spiel. This means in other words that the gripping device allows two different ways of non-rotatable holding of the outer element, namely on the one hand a non-positive grip holding and a positive holding game.
Die beiden Arten des drehfesten Haltens des äußeren Elements bieten Vorteile bei der Durchführung von Drehmomentmessungen und Drehwinkelmessungen. The two types of non-rotatable outer member retention provide benefits in performing torque measurements and rotational angle measurements.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Messaufnehmer-Einheit einen Drehmomentsensor, insbesondere eine Dehnmessstreifeneinheit auf, der der Greifeinrichtung zugeordnet ist. In a preferred embodiment, the sensor unit has a torque sensor, in particular a Dehnmessstreifeneinheit which is associated with the gripping device.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Drehmomentmessung nicht im Antriebsstrang, sondern auf der Abtriebsseite erfolgt, so dass Störeinflüsse auf der Antriebsseite nicht in die Messung einfließen. So kann ein Parameter, beispielsweise das Reibmoment zwischen den beiden Elementen, direkt nach dem Rotationsbauteil auf der Abtriebsseite gemessen werden. This measure has the advantage that the torque measurement is not in the drive train, but on the output side, so that disturbing influences on the drive side are not included in the measurement. Thus, a parameter, for example the friction torque between the two elements, can be measured directly after the rotational component on the output side.
Besonders bevorzugt ist der Drehmomentsensor an der Greifeinrichtung insbesondere der zweiten Greifeinheit vorgesehen. Particularly preferably, the torque sensor is provided on the gripping device, in particular the second gripping unit.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Messaufnehmer-Einheit einen Sensor zur Erfassung des Drehwinkels zwischen innerem und äußerem Element auf. Bevorzugt ist der Sensor zur Erfassung des Drehwinkels als Inkrementalgeber ausgebildet. In a preferred development, the sensor unit has a sensor for detecting the angle of rotation between the inner and outer elements. Preferably, the sensor for detecting the angle of rotation is designed as an incremental encoder.
Weiter bevorzugt weist die Messaufnehmer-Einheit einen Sensor zur Erfassung eines Endanschlags zwischen innerem und äußerem Element auf. Bevorzugt ist dieser Sensor als Stromsensor vorgesehen, der einen Anstieg des Stroms der Antriebseinheit erfasst und abhängig davon das Erreichen des Endanschlags ermittelt. More preferably, the sensor unit on a sensor for detecting an end stop between the inner and outer element. Preferably, this sensor is provided as a current sensor, which detects an increase in the current of the drive unit and determines depending on the achievement of the end stop.
Diese Maßnahmen erlauben eine einfache Implementierung einer Prüfung des Drehwinkelbereichs zwischen innerem und äußerem Element. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Spanneinheit ausgelegt, das Rotationsbauteil so einzuspannen, dass eine Einbausituation des Rotationsbauteils simuliert wird. These measures allow a simple implementation of a check of the rotation angle range between inner and outer element. In a preferred embodiment, the clamping unit is designed to clamp the rotary component so that an installation situation of the rotary component is simulated.
Durch Simulation der Einbausituation lässt sich eine realitätsnahe Messung von Drehmoment und Drehwinkel vornehmen. Das ist insbesondere deshalb wichtig, weil die Reibung zwischen innerem und äußerem Element, welche über die Drehmomentmessung erfasst wird, wesentlich durch den Einbau beeinflusst ist. By simulating the installation situation, a realistic measurement of torque and angle of rotation can be made. This is particularly important because the friction between the inner and outer elements, which is detected by the torque measurement, is significantly influenced by the installation.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung nimmt ein Rahmen zwei Lager fluchtend auf, wobei die Antriebswelle in einem der Lager und die Spannwelle in dem anderen Lager gelagert ist. In a preferred embodiment, a frame receives two bearings in alignment, wherein the drive shaft is mounted in one of the bearings and the clamping shaft in the other bearing.
Durch den kompakten Aufbau der Prüfvorrichtung können die zwei Lager in geringem Längsabstand zueinander vorgesehen werden, was zu Vorteilen bei der Ausrichtung der fluchtenden Lager führt. Due to the compact design of the test device, the two bearings can be provided at a small longitudinal distance from each other, which leads to advantages in the alignment of the aligned bearings.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Antriebswelle mit einem Druckzylinder verbunden und in Längsrichtung verlagerbar. In a preferred embodiment, the drive shaft is connected to a pressure cylinder and displaceable in the longitudinal direction.
Weiter bevorzugt ist auch die Spannwelle mit einem Druckzylinder gekoppelt. More preferably, the tensioning shaft is coupled to a pressure cylinder.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass über den Druckzylinder ein variabler Anschlag bzw. Widerlager einstellbar ist und die Antriebswelle mit einer definierten Kraft in Richtung des Rotationsbauteils beaufschlagbar ist. These measures have the advantage that a variable stop or abutment is adjustable via the pressure cylinder and the drive shaft can be acted upon by a defined force in the direction of the rotational component.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist eine hydraulische Verbindung zwischen den beiden Druckzylindern vorhanden, so dass sich ein Druckgleichgewicht einfach realisieren lässt. In a preferred embodiment, a hydraulic connection between the two pressure cylinders is present, so that a pressure balance can be easily realized.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Rotationsbauteil um eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Gerade bei der Prüfung eines solchen Rotationsbauteils kommen die Vorteile der Prüfvorrichtung zur Geltung. The rotational component is particularly preferably a camshaft adjusting device for an internal combustion engine. Especially in the examination of such a rotary component, the advantages of the test device come into their own.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der Spanneinheit eine Hubeinheit zugeordnet, derart, dass die Hubeinheit die Zustellung des Rotationsbauteils in eine Hubposition ausführt und die Spanneinheit dann das Rotationsbauteil in die Prüfposition führt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die beiden Bewegungen, nämlich Zustellen in eine Hubposition und Einspannen in eine Prüfposition, entkoppelt sind. In a preferred development of the clamping unit is associated with a lifting unit, such that the lifting unit executes the delivery of the rotary member in a lifting position and the clamping unit then performs the rotary member in the test position. This measure has the advantage that the two movements, namely deliveries in a lifting position and clamping in a test position, are decoupled.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Dabei zeigen: Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings. Showing:
In
Bei den zu erfassenden Parametern eines solchen Rotationsbauteils handelt es sich beispielsweise um Winkelbereiche, die die Verdrehbarkeit der beiden Elemente beschreiben, oder beispielsweise Reibmomente, die zum Verdrehen erforderlich sind. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass es sich hierbei nicht um eine abschließende Aufzählung der Parameter handelt. The parameters to be detected of such a rotary component are, for example, angular ranges which describe the rotatability of the two elements, or, for example, friction torques which are required for turning. It should be noted, however, that this is not an exhaustive list of parameters.
In
Das Rotationsbauteil
Die Prüfvorrichtung
Die Antriebswelle
Die Antriebswelle
Die Prüfvorrichtung
Diese Spannwelle
Die Spannwelle
Bevorzugt sind die beiden Spannzylindereinheiten
Die Spannzylindereinheit
Die Prüfvorrichtung
Die Prüfvorrichtung
Damit ist es möglich, das äußere Element
Schließlich weist die in
Die Messaufnehmer-Einheit
Wie zuvor erläutert, werden Antriebswelle
Die Funktionsweise der Prüfvorrichtung
Das Rotationsbauteil
The
In der Hubposition hat das Kupplungselement
Beim Einspannen des Rotationsbauteils wird die Antriebswelle
In der Prüfposition des Rotationsbauteils
Zum Messen des Winkels wird die erste Greifeinheit
Bei einer zweiten Messung wird die zweite Greifeinheit aktiviert (die Greifelemente der ersten Greifeinheit sind freigegeben und nicht mehr kraftschlüssig verbunden). Dabei wird zumindest ein Greifelement
Der Vorteil dieser Drehmomentmessung besteht darin, dass das Drehmoment nicht auf der Antriebsseite, sondern auf der Abtriebsseite erfasst wird, so dass Störungen im Antriebsstrang, wie beispielsweise Reibungsverluste, nicht in das Messergebnis einfließen. The advantage of this torque measurement is that the torque is not detected on the drive side, but on the output side, so that disturbances in the drive train, such as friction losses, are not included in the measurement result.
Selbstverständlich sind mit der beschriebenen Prüfvorrichtung weitere Messungen von charakteristischen Parametern eines solchen Rotationsbauteils
In
Das Gehäuse
Das Werkstück, d.h. das Rotationsbauteil
Unterhalb dieser Position weist das Gehäuse
Aus der
Aus der in
Wie zuvor bereits ausgeführt, besteht eine hydraulische Verbindung zwischen dem Spannzylinder
Ist die Hubposition erreicht, ist das Kupplungselement
Anschließend wird die hydraulische Verbindung geschlossen, so dass das im oberen Zylinderraum
Im nächsten Schritt werden dann die zuvor bereits erläuterten Messungen an dem Rotationsbauteil
In den
In
Deutlich zu erkennen sind in
In
Um das Rotationsbauteil
Die minimale Verlagerung der Antriebswelle
In dieser Prüfposition können dann die vorgenannten Messungen ausgeführt werden, wobei die hydrostatische Lagerung dafür sorgt, dass minimale Reibungsverluste im Antriebsstrang vorhanden sind. In this test position then the aforementioned measurements can be performed, the hydrostatic bearing ensures that minimal friction losses in the drive train are present.
Insgesamt wird eine Prüfvorrichtung geschaffen, die eine Messung von Parametern eines Rotationsbauteils ermöglicht, die weitestgehend frei von Störeinflüssen beispielsweise aus dem Antrieb ist. Die Herstellung und der Aufbau gestalten sich zudem einfacher als bisher, da insbesondere die Ausrichtung der Lager und damit der Antriebs- und Spannwelle besser durchführbar ist. Insgesamt ist eine sehr kompakte Bauweise möglich. Overall, a test device is provided which allows a measurement of parameters of a rotary component, which is largely free of interference, for example from the drive. The production and the structure also make it easier than before, especially since the orientation of the bearing and thus the drive and clamping shaft is better feasible. Overall, a very compact design is possible.
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