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Die Erfindung betrifft eine Zahnradeingriffseinrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten der Drehwinkellage eines Zahnrads.
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Es ergibt sich häufig die Notwendigkeit, ein Zahnrad in einer definierten Drehwinkellage zu halten oder bezüglich seiner Drehwinkellage in definierter Weise auszurichten. Beispielsweise weisen Hubkolben-Brennkraftmaschinen häufig eine oder mehrere Lanchester-Wellen auf. Diese dienen dazu, die freien Massenkräfte zweiter Ordnung zu beseitigen. Zur Realisierung einer abgestimmten Bewegung einer Lanchester-Welle relativ zu einer zugeordneten Kurbelwelle sind Zahnräder, insbesondere Lanchester-Ritzel, in einer ausgerichteten Drehwinkellage auf der Kurbel- und/oder Lanchester-Welle zu befestigen.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 199 02 921 A1 beschreibt eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei der eine Einstellung und Montage einer Kurbelwelle und einer Lanchester-Welle auf einfache Weise möglich ist. Zur Ausrichtung eines – insbesondere drehbar gelagerten – Zahnrads wird typischerweise mit einem Ausrichtzahnsegment in eine Verzahnung des Zahnrads eingegriffen und dieses durch Verlagerung des Ausrichtzahnsegments in die gewünschte Drehwinkellage verlagert. Zur Vermeidung einer Beschädigung des Zahnrads ist der Werkstoff des Ausrichtzahnsegments häufig weicher als der Werkstoff des Zahnrads, woraus ein hoher Verschleiß des Ausrichtzahnsegments resultiert und ein häufiger Austausch desselben erforderlich ist. Aufgrund der hohen Herstellkosten des Ausrichtzahnsegments ergibt sich so eine erhebliche Kostenbelastung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Zahnradeingriffseinrichtung zum Ausrichten der Drehwinkellage eines Zahnrads mit einem Eingriffsteil geschaffen wird, wobei das Eingriffsteil eingerichtet ist, mit einer Verzahnung eines Zahnrads zusammenzuwirken, wobei das Eingriffsteil als Druckstück ausgebildet ist, wobei das Druckstück einen Stößel aufweist, welcher eingerichtet ist, in einen Zahnzwischenraum des Zahnrads einzugreifen. Die Vorrichtung weist Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Indem ein insbesondere zahnradspezifisches teures Ausrichtzahnsegment durch ein einfaches, vorzugsweise standardisiertes Druckstück ersetzt wird, können insbesondere die Ersatzteilkosten signifikant gesenkt werden.
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Mit der Drehwinkellage des Zahnrads wird eine Position des Zahnrads angesprochen, welche durch Drehen des Zahnrads um dessen Drehachse eingestellt wird. Bei diesem Ausrichtvorgang handelt es sich vorzugsweise um das Positionieren der Zähne an bestimmten Drehwinkelpositionen.
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Das Zahnrad kann ein gerad-, pfeil-, oder andersartig verzahntes Zahnrad sein, wobei das Zahnrad vorzugsweise schrägverzahnt ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad in einer Haltevorrichtung hinsichtlich seiner Drehwinkellage insbesondere relativ zu einer Welle, auf welcher das Zahnrad mit definierter Drehwinkellage befestigt werden soll, drehbeweglich anordenbar. Mittels der Zahnradeingriffseinrichtung ist es insbesondere möglich, die Drehwinkellage des Zahnrads auszurichten, indem das Eingriffsteil in einen Zahnzwischenraum des Zahnrads eingreift und insbesondere eine Drehverlagerung des Zahnrads bewirkt.
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Die Haltevorrichtung ist vorzugsweise als Erwärmstation ausgebildet, wobei insbesondere eine Erwärmung des Zahnrads mittels Induktion erfolgt. Es ist also vorzugsweise möglich, das Zahnrad zunächst mittels der Zahnradeingriffseinrichtung hinsichtlich seiner Drehwinkellage auszurichten und anschließend zu erwärmen. Das ausgerichtete und erwärmte Zahnrad kann dann vorzugsweise auf eine Welle, insbesondere eine Kurbel- und/oder Lanchester-Welle aufgesetzt werden, wo es durch Erkalten aufschrumpft. Selbstverständlich kann ein Ausrichten der Drehwinkellage des Zahnrads ebenso gut auf einer Welle, insbesondere einer Kurbel- und/oder Lanchester-Welle, oder an anderer Stelle erfolgen.
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Das Eingriffsteil ist insbesondere als einfaches Druckstück ausgebildet und vorzugsweise ein Standardteil. Das Druckstück weist insbesondere ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Hohlraum entlang seiner Längsachse auf. In dem Hohlraum ist insbesondere ein im Wesentlichen zylinderförmiger Stößel angeordnet, welcher vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist, welcher auf die Maße des Hohlraums abgestimmt ist. Ein vorderes Ende des Stößels kragt aus einer Öffnung des Hohlraums an einem vorderen Ende des Gehäuses aus dem Gehäuse.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Stößel an seinem vorderen Ende eine im Wesentlichen halbkugelförmige Form auf. Andere Formen des vorderen Endes des Stößels, vorzugsweise abgerundete Formen, sind möglich und sind vorzugsweise – insbesondere bezüglich ihrer Maße – abgestimmt auf eine Geometrie des Zahnzwischenraums des Zahnrads.
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Der Stößel weist vorzugsweise ein Material auf, welches härter ist als das Material des Zahnrads, mit dem der Stößel bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Zahnradeingriffseinrichtung in Eingriff kommt.
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Mit einem Eingreifen des Stößels in den Zahnzwischenraum wird ein zumindest teilweises Eindringen desselben in einen Raum angesprochen, der insbesondere durch zwei einander gegenüberliegende Zahnflanken zweier benachbarter Zähne des Zahnrads begrenzt wird. Der Stößel ist insbesondere eingerichtet, beim Eingreifen in den Zahnzwischenraum vorzugsweise eine Zahnflanke, besonders bevorzugt beide einander gegenüberliegenden Zahnflanken, zu berühren. Es ist aber auch möglich, dass der Stößel mit einem anderen Teil des Zahnrads zusammenwirkt, beispielsweise dem Zahnfußbereich zweier benachbarter Zähne.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Zahnradeingriffseinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Stößel an dem Druckstück in einer vorbestimmten Position lagefest angeordnet ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Stößel lagefest in dem Gehäuse zwischen einem vorderen Ende des Gehäuses, welches der Stößel durchdringt, und einem Zylinderstift, an dem sich der Stößel bevorzugt abstützt, angeordnet. Der Zylinderstift stützt sich dabei an seinem dem Stößel abgewandten Ende an einem Gewindestift ab, der in das Gehäuse an einem hinteren Ende desselben eingeschraubt ist.
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Es wird also in vorteilhafter Weise ein präzises und reproduzierbares Ausrichten des Zahnrads durch die lagefeste Anordnung des Stößels an dem Druckstück bewirkt.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Zahnradeingriffseinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Stößel wenigstens ein gehärtetes Metall oder wenigstens eine gehärtete Metalllegierung aufweist, oder aus wenigstens einem gehärteten Metall oder wenigstens einer gehärteten Metalllegierung besteht. Bevorzugt weist der Stößel eine Oberflächenhärte auf, welche größer ist als eine Oberflächenhärte der Verzahnung des Zahnrads.
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Durch diese Ausgestaltung des Stößels kann die Standzeit des Eingriffsteils deutlich erhöht werden, was in vorteilhafter Weise zu einer Vergrößerung der Austauschintervalle desselben führt. Dadurch können Material- und Personalkosten gesenkt werden, sowie insbesondere die Stillstandszeit einer Fertigungslinie reduziert und deren Ausbringung gesteigert werden. Weiterhin kann ein Ausschuss an Bauteilen reduziert werden, der aus einer – aufgrund eines verschlissenen Eingriffsteils – fehlerhaften Ausrichtung der Drehwinkellage des Zahnrads herrührt.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Zahnradeingriffseinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Zahnradeingriffseinrichtung ein Trägerteil aufweist, wobei das Druckstück in einer vorbestimmten Position an dem Trägerteil lagefest angeordnet, insbesondere in das Trägerteil geschraubt und/oder mittels eines Sicherungselements in dem Trägerteil gehalten ist. Das Trägerteil dient insbesondere dazu, das Druckstück zu halten und bei einer Verlagerung desselben zu führen.
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Das Druckstück ist vorzugsweise in einer solchen vorbestimmten Position an dem Trägerteil angeordnet, dass es gemäß dem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Zahnradeingriffseinrichtung in einen Zahnzwischenraum des Zahnrads eingreifen kann.
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Das Druckstück weist vorzugsweise ein Außengewinde auf, das auf ein Innengewinde einer Aufnahme in dem Trägerteil abgestimmt ist. Durch ein Einschrauben des Druckstücks in das Trägerteil wird insbesondere verhindert, dass das Druckstück bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Zahnradeingriffseinrichtung relativ zu dem Trägerteil verlagert wird. Das Druckstück kann auf diese Weise in dem Trägerteil vorzugsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten werden.
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Auch mittels eines Sicherungselements wird zusätzlich oder alternativ insbesondere verhindert, dass das Druckstück bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Zahnradeingriffseinrichtung relativ zu dem Trägerteil verlagert wird. Das Sicherungselement ist vorzugsweise als Schraube ausgebildet. Die Schraube ist insbesondere auf ein Innengewinde einer Sicherungsbohrung in dem Trägerteil abgestimmt, wobei die Sicherungsbohrung eine Aufnahme für das Druckstück quer, insbesondere orthogonal schneidet. Besonders bevorzugt liegen die Aufnahme und die Sicherungsbohrung in einer Ebene. Es wird somit vorzugsweise ein festes Aufsitzen eines vorderen Endes des Sicherungselements auf einer äußeren Mantelfläche des Druckstücks bewirkt. Das Druckstück kann auf diese Weise in der Aufnahme des Trägerteils vorzugsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Trägerteil aus Messing oder aus einem anderen Material gefertigt, welches insbesondere eine hinreichende Festigkeit und Steifigkeit aufweist. Vorzugsweise ist das Trägerteil ein umgebautes Teil, welches ursprünglich ein Ausrichtzahnsegment aufweisen konnte, welches insbesondere entfernt wurde, wobei stattdessen ein Druckstück an dem Trägerteil angeordnet wurde.
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Es ist somit auf einfache Weise möglich, das Druckstück fest zu halten. Zudem ist es insbesondere leicht möglich, ein verschlissenes Druckstück aus dem Trägerteil zu demontieren und durch ein unverschlissenes Druckstück zu ersetzen.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Zahnradeingriffseinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Zahnradeingriffseinrichtung eine Verlagerungseinrichtung aufweist. Die Verlagerungseinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, um das Eingriffsteil von einer Ruhestellung in eine Eingriffsstellung zu verlagern, wobei das Druckstück in der Ruhestellung nicht in einen Zahnzwischenraum des Zahnrads eingreift, und wobei das Druckstück in der Eingriffsstellung in einen Zahnzwischenraum des Zahnrads eingreift.
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Die Verlagerungseinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, eine Verlagerung der Zahnradeingriffseinrichtung entlang von zwei quer, insbesondere orthogonal aufeinander stehenden Achsen zu realisieren. Die Verlagerung entlang der Achsen erfolgt vorzugsweise pneumatisch. Es ist selbstverständlich möglich, die Verlagerungseinrichtung auch mit nur einer Achse oder mehr als zwei Achsen auszustatten. Ein Antrieb kann auch in anderer Weise, beispielsweise mittels Kugelrollspindel und Servomotor, realisiert werden. Ebenso ist es möglich, dass die Verlagerungseinrichtung durch eine Handhabungseinrichtung, insbesondere einen Roboter, oder als manuell betätigbare Einrichtung realisiert ist.
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Die Ruhestellung bezeichnet insbesondere eine Position des Druckstücks, in der das Druckstück von dem Zahnrad beabstandet ist, wobei es nicht in einen Zahnzwischenraum des Zahnrads eingreift. Vorzugsweise befindet sich das Druckstück dann in einer Position, in der das Zahnrad ohne weiteres einer Haltevorrichtung entnommen werden, und ein neues Zahnrad in die Haltevorrichtung eingesetzt werden kann.
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Die Eingriffsstellung spricht insbesondere eine Position des Druckstücks an, in welcher das Zahnrad hinsichtlich seiner Drehwinkellage ausgerichtet ist. Vorzugsweise berührt das Druckstück, insbesondere der Stößel, in der Eingriffsstellung das Zahnrad an einer oder besonders bevorzugt zwei einander gegenüberliegenden Zahnflanke(n). Es ist aber auch möglich, dass in der Eingriffsstellung keine Berührung des Druckstücks, insbesondere Stößels, am Zahnrad vorliegt.
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Mittels der Verlagerungseinrichtung ist bevorzugt eine zumindest teilweise automatisierte Handhabung der Zahnradeingriffseinrichtung möglich, was insbesondere den wirtschaftlichen Betrieb derselben unterstützt. Ebenso wird insbesondere ein präzises und reproduzierbares Ausrichten des Zahnrads ermöglicht.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Zahnradeingriffseinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Verlagerungseinrichtung eine Sensoreinrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, um eine Fehlstellung des Druckstücks relativ zu dem Zahnrad zu erkennen. Vorzugsweise wird ein Aufsitzen des Druckstücks, insbesondere des Stößels, auf einem Zahnkopf des Zahnrads erkannt. Die Sensoreinrichtung kann eine optische, akustische, piezoelektrische oder andersartige Sensoreinrichtung sein. Ebenso ist es möglich, dass die Sensoreinrichtung insbesondere einen Fluiddruck in einem vorzugsweise pneumatischen Antriebsystem der Verlagerungseinrichtung detektiert. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung ein Näherungsschalter.
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Mittels der Sensoreinrichtung kann effektiv eine Beschädigung des Zahnrads, insbesondere eines kraftbeaufschlagten Zahns, erkannt und vorzugsweise vermieden werden.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Zahnradeingriffseinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Verlagerungseinrichtung ein Druckkraftbegrenzungsglied aufweist, welches eingerichtet ist, eine Druckkraft des Druckstücks auf das Zahnrad, insbesondere auf einen Maximalwert, zu begrenzen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Druckkraftbegrenzungsglied ein Druckminderer, welcher in einer Druckluftleitung eines pneumatischen Antriebs der Verlagerungseinrichtung vorgesehen ist. Die Druckluftleitung ist vorzugsweise als Schlauch ausgebildet. Vorzugsweise beträgt der Maximalwert der Druckkraft des Druckstücks auf das Zahnrad von wenigstens 80 N bis höchstens 100 N, vorzugsweise 94 N.
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Mittels des Druckkraftbegrenzungsglieds ist es in effektiver und einfacher Weise möglich, eine Beschädigung des Zahnrads, insbesondere eines kraftbeaufschlagten Zahns, zu vermeiden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Druckkraftbegrenzungsglied mit der Sensoreinrichtung wirkverbunden.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein Verfahren zum Ausrichten der Drehwinkellage eines Zahnrads geschaffen wird, wobei das Zahnrad mit einer Zahnradeingriffseinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele bezüglich seiner Drehwinkellage insbesondere relativ zu einer Welle, auf welcher das Zahnrad drehfest angeordnet werden soll, ausgerichtet wird. Im Rahmen des Verfahrens ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Zahnradeingriffseinrichtung erläutert wurden.
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Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Eingriffsteil von der Ruhestellung in eine Zwischenstellung verlagert wird, wobei das Eingriffsteil in der Zwischenstellung zumindest teilweise in einen Zahnzwischenraum des Zahnrads eingreift, wobei das Eingriffsteil von der Zwischenstellung in die Eingriffsstellung verlagert wird, und wobei zwischen der Zwischenstellung und der Eingriffsstellung, nämlich insbesondere bei der Verlagerung des Eingriffsteils von der Zwischenstellung in die Eingriffsstellung, eine Drehverlagerung des Zahnrads bewirkt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform greift das Druckstück zwischen der Zwischenstellung und der Eingriffsstellung in einen Zahnzwischenraum des Zahnrads ein. Es liegt vorzugsweise ein im Wesentlichen kontinuierliches Zusammenwirken des Eingriffsteils mit dem Zahnrad vor. Ebenso ist es möglich, dass ein diskontinuierliches Zusammenwirken des Eingriffsteils mit dem Zahnrad realisiert wird. Die Drehverlagerung des Zahnrads kann vorzugsweise durch Form- und/oder Kraftschluss mit dem Eingriffsteil bewirkt werden. Entscheidend ist, dass das Zahnrad in der Eingriffsstellung vorzugsweise in eine Drehwinkellage verlagert ist, welche der vorgesehenen Drehwinkellage entspricht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass bei einer Verlagerung des Eingriffsteils in die Zwischenstellung und/oder in die Eingriffsstellung eine Änderung insbesondere der Verlagerungsbahn des Eingriffsteils vorgenommen wird, wenn eine Druckkraft des Eingriffsteils auf das Zahnrad einen Maximalwert überschreitet, wobei durch die Änderung der Verlagerungsbahn insbesondere die Druckkraft in Richtung von Werten kleiner oder gleich dem Maximalwert verändert wird.
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Es wird insbesondere eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Eingriffsteil in Richtung der Ruhestellung verlagert wird, wenn die Sensoreinrichtung eine Fehlstellung desselben relativ zu dem Zahnrad erkennt. Die Verlagerung des Eingriffsteils in Richtung der Ruhestellung erfolgt insbesondere, wenn die Sensoreinrichtung ein Aufsitzen des Eingriffsteils auf einem Zahnkopf des Zahnrads erkennt. In diesem Fall ist eine korrekte Ausrichtung des Zahnrads hinsichtlich seiner Drehwinkellage zumindest erschwert, da insbesondere eine reproduzierbare Verlagerung des Zahnrads nicht möglich ist. Es besteht zudem die Gefahr, dass das Eingriffsteil das Zahnrad beschädigt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Zahnradeingriffseinrichtung zurück in die Ruhestellung verlagert, wobei der Ausrichtvorgang dann ausgehend von der Ruhestellung wiederholt wird. Alternativ wird das Eingriffsteil lediglich ein Stück in Richtung der Ruhestellung, insbesondere aus einem Zahnzwischenraum des Zahnrads heraus, verlagert, wobei der Ausrichtvorgang von dort aus wiederholt wird.
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Auf diese Weise kann sicher vermieden werden, dass die Zahnradeingriffseinrichtung eine Druckkraft auf das Zahnrad ausübt, die zu einer Beschädigung desselben führt. Ebenso kann in effektiver Weise vermieden werden, dass eine Fehlausrichtung der Drehwinkellage des Zahnrads erfolgt, welche insbesondere zu einer fehlerhaften Positionierung des Zahnrads auf einer Welle, insbesondere einer Kurbel- und/oder Lanchester-Welle, führt.
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Die Beschreibung der Zahnradeingriffseinrichtung einerseits sowie des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Zahnradeingriffseinrichtung, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Zahnradeingriffseinrichtung. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Zahnradeingriffseinrichtung erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, welcher durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels der Zahnradeingriffseinrichtung bedingt ist. Die Zahnradeingriffseinrichtung zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Zahnradeingriffseinrichtung,
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2 ein Ausführungsbeispiel eines Druckstücks, und
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3 ein Ausführungsbeispiel eines Trägerteils mit einem Druckstück.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Zahnradeingriffseinrichtung 1 zum Ausrichten der Drehwinkellage eines Zahnrads 3 mit einem Eingriffsteil 5, wobei das Eingriffsteil 5 eingerichtet ist, um mit einer Verzahnung 7 des Zahnrads 3 zusammen zu wirken. Das Eingriffsteil 5 ist als Druckstück 9 ausgebildet. Das Druckstück 9 weist einen Stößel 11 auf, welcher eingerichtet ist, um in einen Zahnzwischenraum 13 des Zahnrads 3 einzugreifen.
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Das Zahnrad 3 ist an einer Haltevorrichtung 15 insbesondere drehbeweglich angeordnet. Das Zahnrad 3 ist hier als schräg verzahntes Zahnrad ausgebildet. Es weist hier eine Zahnbreite von vorzugsweise 10 mm auf.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Zahnradeingriffseinrichtung 1 sowie die Haltevorrichtung 15 Teile einer Vorpositioniereinrichtung 17. Die Vorpositioniereinrichtung 17 weist eine Grundplatte 19 auf, an der insbesondere die Zahnradeingriffseinrichtung 1 und die Halteeinrichtung 15 angeordnet sind.
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Ein Ausrichten der Drehwinkellage des Zahnrads 3 spricht eine Positionierung des Zahnrads 3 durch Drehen desselben um dessen Drehachse an. Es ist bevorzugt ein Ziel des Ausrichtens, das Zahnrad 3 dergestalt drehzuverlagern, dass eine Anzahl von Zähnen 21 auf vorbestimmten Drehwinkelpositionen, insbesondere relativ zu der Haltevorrichtung 15, liegen.
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Ein Eingreifen des Stößels 11 in einen Zahnzwischenraum 13 bedeutet insbesondere, dass der Stößel 11 zumindest teilweise in den Zahnzwischenraum 13 eindringt. Ein Zahnzwischenraum 13 wird insbesondere begrenzt durch zwei gegenüberliegende Zahnflanken 23 zweier benachbarter Zähne 21. Vorzugsweise berührt der Stößel 11 eine Zahnflanke 23, besonders bevorzugt zwei gegenüberliegende Zahnflanken 23, des Zahnrads 3. Es ist aber auch möglich, dass der Stößel 11 das Zahnrad 3 im Zahnfußbereich 25 zwischen zwei benachbarten Zähnen 21 berührt.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Eingriffsteils 5, welches als Druckstück 9 ausgebildet ist, im Querschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Das Druckstück 9 weist ein zylindersymmetrisches Gehäuse 27 auf. Bevorzugt weist das Druckstück 9 ein Außengewinde 29 am Gehäuse 27 auf, welches sich – wie in 1 nicht dargestellt – über eine gesamte äußere Mantelfläche des Gehäuses 27 erstrecken kann. Vorzugsweise ist eine am Gehäuse 27 in einem mittleren Bereich umlaufende Ausnehmung 31 vorgesehen.
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Das Gehäuse 27 weist einen zylindersymmetrischen Hohlraum 32 auf, der sich in Richtung der Längsachse des Druckstücks 9 erstreckt. Der Hohlraum 32 verjüngt sich in einem vorderen Bereich 33 des Gehäuses 27. Ein Innendurchmesser des Hohlraums 32 und ein Außendurchmesser des Stößels 11 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Stößel 11 in dem Hohlraum 32 lagefest angeordnet werden kann.
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Der Stößel 11 verjüngt sich in dem vorderen Bereich 33 und ist dergestalt auf den sich ebenfalls verjüngenden Hohlraum 32 abgestimmt, dass ein Herausfallen des Stößels 11 aus dem Gehäuse 27 an dem vorderen Bereich 33 vermieden werden kann. Der Stößel 11 durchgreift ein vorderes Ende 35 des Gehäuses 27 und kragt über eine vorbestimmte Strecke mit einem vorderen Ende 37 des Stößels 11 an dem vorderen Ende 35 des Gehäuses 27 aus dem Gehäuse 27 heraus. Der Stößel 11 ist vorzugsweise als rotationssymmetrisches Teil ausgebildet. Er weist an dem vorderen Ende 37 vorzugsweise eine halbkugelförmige Kontur auf. Es ist aber ebenso möglich, dass das vordere Ende 37 eine andere, vorzugsweise abgerundete, Kontur aufweist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Stößel 11 an dem Druckstück 9 in einer vorbestimmten Position lagefest angeordnet. Der Stößel 11 ist insbesondere relativ zu dem Gehäuse 27 lagefest in einer vorbestimmten Position angeordnet.
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Das Druckstück 9 weist einen Gewindestift 39 auf, welcher ein Außengewinde 41 aufweist, welches in ein Innengewinde 43 des Gehäuses 27 eingreift. Der Gewindestift 39 begrenzt insbesondere den Hohlraum 32 an einem hinteren Bereich 44 des Gehäuses 27. Vorzugsweise ist der Gewindestift 39 zusätzlich mit dem Gehäuse 27 verklebt, insbesondere um ein unbeabsichtigtes Lösen zu vermeiden.
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Weiterhin weist das Druckstück 9 einen Zylinderstift 45 auf, welcher in dem Hohlraum 32 angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Zylinderstift 45 einen Außendurchmesser auf, welcher auf den Innendurchmesser des Hohlraums 32 derart abgestimmt ist, dass der Zylinderstift 45 lagefest in dem Hohlraum 32 anordenbar ist. Der Zylinderstift 45 ist in Richtung der Längsachse zwischen dem Gewindestift 39 und dem Stößel 11 angeordnet.
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Im montierten Zustand drückt der Gewindestift 39 vorzugsweise über den Zylinderstift 45 den Stößel 11 gegen das Gehäuse 27 im verjüngten vorderen Bereich 33, wobei der Stößel 11 lagefest in dem Gehäuse 27 gehalten wird.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Druckstück 9 eine Länge von 25 mm auf, wobei das Gehäuse 27 eine Länge von 22 mm aufweist. Der Stößel kragt folglich mit einer Länge von vorzugsweise 3 mm aus dem vorderen Ende 35 des Gehäuses 27 heraus. Vorzugsweise weist das Gehäuse 27 ein M10-Außengewinde 29 auf. Bevorzugt weist die umlaufende Ausnehmung 31 einen Durchmesser von 8,5 mm auf. Vorzugsweise ist in dem Übergangsbereich zwischen dem Außengewinde 29 und der Ausnehmung 31 jeweils eine Fase 47 vorgesehen, welche einen Winkel von vorzugsweise 45° mit der Längsachse des Druckstücks 9 einschließt. Die Ausnehmung 31 weist vorzugsweise eine Länge von 5,5 mm auf. Zwischen einem vorderen Ende 49 der Ausnehmung 31 und dem vorderen Ende 35 des Gehäuses 27 weist das Gehäuse 27 vorzugsweise eine Länge von 10 mm auf. Der Zylinderstift 45 weist vorzugsweise eine Länge von 10 mm und einen Durchmesser von 4 mm auf.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Stößel 11 ein gehärtetes Metall oder eine gehärtete Metalllegierung auf, oder besteht aus einem gehärtetem Metall oder einer gehärteten Metalllegierung. Der Stößel 11 weist insbesondere ein Material auf, welches härter ist als das Material, mit dem der Stößel 11 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Zahnradeingriffseinrichtung 1 in Eingriff kommt. Insbesondere ist die Oberfläche des Stößels 11 härter als eine Oberfläche der Zähne 21 des Zahnrads 3.
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3 zeigt in dem unteren Teil ein Ausführungsbeispiel eines Trägerteils 51 in einer Draufsicht. Der obere Teil der 3 zeigt einen Querschnitt durch das Trägerteil 51 entlang der Linie III-III. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Das Trägerteil 51 weist Befestigungsbohrungen 53 auf, wobei der Übersichtlichkeit wegen nur eine Befestigungsbohrung mit einem Bezugszeichen versehen ist. Das Trägerteil 51 weist eine Aufnahme 55 auf, welche insbesondere als eine das Trägerteil 51 vollständig durchgreifende Bohrung ausgebildet ist, wobei sie vorzugsweise ein Innengewinde aufweist. Die Aufnahme 55 ist insbesondere eingerichtet, das Druckstück 9 dergestalt aufzunehmen, dass das Außengewinde 29 des Druckstücks 9 mit dem Innengewinde der Aufnahme 55 kämmt. Das Druckstück 9 ist in das Trägerteil 51 in die Aufnahme 55 in einer vorbestimmten Position hineingeschraubt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Druckstück 9 so weit in das Trägerteil 51 hineingeschraubt, dass das vordere Ende 35 des Gehäuses 27 im Wesentlichen in einer Ebene mit einer vorderen Abschlussfläche 57 des Trägerteils 51 liegt. Vorzugsweise wird das Druckstück 9 in dem Trägerteil 51, insbesondere in der Aufnahme 55, kraft- und/oder formschlüssig gehalten.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kragt der Stößel 11 auf einer Länge L von 3 mm aus dem vorderen Ende 35 des Gehäuses 22 und/oder der vorderen Abschlussfläche 57 des Trägerteils 51 heraus.
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Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt, dass das Druckstück 9 in dem Trägerteil 51 mittels eines Sicherungselements 59 gehalten ist. Das Sicherungselement 59 ist vorzugsweise als Schraube ausgebildet, welche beispielsweise einen Innen-Sechskantkopf 61 aufweist. Das Sicherungselement 59 weist hier ein Außengewinde auf, welches mit einem Innengewinde einer Sicherungsbohrung 63 in dem Trägerteil 51 kämmt. Die Sicherungsbohrung 63 ist vorzugsweise senkrecht zu der Aufnahme 55 ausgerichtet, wobei die Mittelachse der Sicherungsbohrung 63 und die Mittelachse der Aufnahme 55 sich schneiden und orthogonal aufeinander stehen. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel greift das Sicherungselement 59 in montiertem Zustand vorzugsweise in die Ausnehmung 31 des Druckstücks 9 ein, wobei das Druckstück 9 insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig durch das Sicherungselement 59 in dem Trägerteil 51 gehalten wird. Insbesondere ist es leicht möglich, ein verschlissenes Druckstück 9 aus dem Trägerteil 51 zu demontieren und gegen ein unverschlissenes Druckstück 9 zu ersetzen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Zahnradeingriffseinrichtung 1 eine Verlagerungseinrichtung 65 auf, welche in 1 dargestellt ist. Die Verlagerungseinrichtung 65 ist eingerichtet, die Zahnradeingriffseinrichtung 1 von einer Ruhestellung in eine Eingriffsstellung zu verlagern, wobei in der Ruhestellung das Druckstück 9 nicht in einen Zahnzwischenraum 13 des Zahnrads 3 eingreift, und wobei in der Eingriffsstellung das Druckstück 9 in einen Zahnzwischenraum 13 des Zahnrads 3 eingreift.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Verlagerungseinrichtung 65 eine – in 1 nicht dargestellte – Sensoreinrichtung auf, welche eingerichtet ist, eine Fehlstellung des Druckstücks 9 relativ zu dem Zahnrad 3 zu erkennen. Insbesondere ist es möglich, ein Aufsitzen des Druckstücks 9, insbesondere des Stößels 11, auf einem Zahnkopf 67 des Zahnrads 3 zu erkennen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Verlagerungseinrichtung 65 ein Druckkraftbegrenzungsglied auf – welches in 1 nicht dargestellt ist –, welches eingerichtet ist, um eine Druckkraft des Druckstücks 9 auf das Zahnrad 3 auf einen Maximalwert zu begrenzen. Insbesondere kann eine Druckkraft des Stößels 11 auf eine Zahnflanke 23 und/oder einen Zahnfußbereich 25 und/oder einen Zahnkopf 67 auf einen Maximalwert begrenzt werden.
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Die Verlagerungseinrichtung 65 weist vorzugsweise einen pneumatischen Antrieb auf, welcher eine Verlagerung der Zahnradeingriffseinrichtung 1 vorzugsweise mittels zweier Pneumatikzylinder realisiert.
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Das Druckkraftbegrenzungsglied ist bevorzugt als Druckminderer ausgebildet, wobei es vorzugsweise in einer Druckluftleitung der Verlagerungseinrichtung 65, insbesondere in einem Schlauch, angeordnet ist.
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Bevorzugt wird die Drehwinkellage des Zahnrads 3 mit der Zahnradeingriffseinrichtung 1 ausgerichtet.
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Bevorzugt wird das Eingriffsteil 5 von der Ruhestellung in eine Zwischenstellung verlagert, wobei in der Zwischenstellung das Eingriffsteil 5 zumindest teilweise in einen Zahnzwischenraum 13 des Zahnrads 3 eingreift. Das Eingriffsteil 5 wird vorzugsweise von der Zwischenstellung in die Eingriffsstellung verlagert, wobei zwischen der Zwischenstellung und der Eingriffsstellung eine Drehverlagerung des Zahnrads 3 bewirkt wird. Insbesondere wird zwischen der Zwischenstellung und der Eingriffsstellung eine Drehverlagerung durch form- und/oder kraftschlüssiges Zusammenwirken des Zahnrads 3 mit dem Eingriffsteil 5, vorzugsweise dem Druckstück 9, besonders bevorzugt dem Stößel 11, bewirkt. Vorzugsweise befindet sich das Zahnrad 3 in der Eingriffsstellung in einer ausgerichteten Drehwinkellage.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Eingriffsteil 5 in Richtung der Ruhestellung verlagert, wenn die Sensoreinrichtung eine Fehlstellung des Eingriffsteils 5 relativ zu dem Zahnrad 3 erkennt. Eine Verlagerung in die Ruhestellung des Eingriffsteils 5 erfolgt insbesondere dann, wenn die Sensoreinrichtung ein Aufsitzen des Eingriffsteils 5, insbesondere des Druckteils 9, insbesondere des Stößels 11, auf einem Zahnkopf 67 des Zahnrads 3 erkennt.
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Insgesamt zeigt sich, dass mittels der Zahnradeingriffseinrichtung 1 und dem Verfahren zum Ausrichten der Drehwinkellage eines Zahnrads 3 erhebliche Kosteneinsparungen realisiert werden können. Durch Ersetzen eines teuren Ausrichtzahnsegments durch ein einfaches Druckstück 9 können insbesondere die Ersatzteilkosten signifikant gesenkt werden. Durch eine Verringerung des Verschleißes, insbesondere durch Einsatz eines gehärteten Stößels 11, können die Wartungsintervalle deutlich verlängert werden, wodurch die Ausfallzeiten einer Fertigungslinie reduziert werden und somit insbesondere eine höhere Ausbringung ermöglicht wird. Weiterhin wird insbesondere durch die längere Standzeit des Eingriffsteils 5 ein Ausschuss, insbesondere durch eine ungenaue Ausrichtung der Drehwinkellage des Zahnrads 3, signifikant reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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