DE3238235C2 - Anordnung zur exakten Einstellung der Relativlage zweier Teile zueinander - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur exakten Einstellung der Relativlage zweier Teile zueinander, beispielsweise bei Kurbel-, Einspritzpumpen-, Nocken- und Verteilerwellen, wobei eine genau definierte Stellung erreicht und signalisiert wird. Da als Signalgeber ein federbelasteter Kontaktstift mit definierter Abtastform und zwei gegeneinander elektrisch nichtleitend isolierten Kontaktkörpern verwendet wird, ist die angestrebte Position von beiden Richtungen mechanisch überfahrbar, wobei bei einem langsamen Herantasten kurz vor Erreichen dieser Position ein optisches und/oder akustisches Signal erfolgt und ein zweites Signal beim exakten Erreichen der Position. Die Anzeige erfolgt entfernt vom Einbauort des Gebers. Die Markierung am beweglichen Teil ist durch eine Vertiefung oder einen herausragenden Stift gebildet. Das Gerät ist klein, kostengünstig herzustellen, garantiert eine für mechanische Geräte ungewöhnlich hohe Auflösung durch Punkt- bzw. Linienberührung und kann bei den verschiedensten beweglichen Maschinenteilen wie Wellen, Scheiben oder (oszillierenden) Schiebern eine genaue Positions-Festlegung gewährleisten.

Description

und Einbauverhältnissen ist einerseits oftmals die Ablesbarkcil der Meßuhr problematisch, beispielsweise bei schlechter Zugänglichkeit und fehlender Helligkeit am Ablcscori und andererseits kann der zusätzliche Platzbedarl für die Bauhöhe der Meßuhr den Einsatz dieser Möglichkeil unter Umständen erschweren oder ganz unmöglich machen. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß gleichzeitig während des Ablesens der Meßuhr die Welle verdreht werden muß, um die gesuchte Mittelstellung zu finden, was die Anwendbarkeit weiter erschwert oder einschränkt.

Die DE-PS 10 40 802 zeigt eine Feinmeßlehre mit einem axial beweglichen federbelasteten Taststift, dessen Hub entsprechend der Kompression der Belastungsfeder in eine Kraft umgesetzt wird, mit welcher ihrerseits ein ausgespannter Widerstandsdraht mehr oder weniger stark gedehnt und dementsprechend in seinem Widerstand verändert wird. Dieser Widerstand kann nach außen angezeigt werden. Zwar besteht bei einer solchen elektrischen Meßuhr nicht das Ableseproblem in dunklen und beengten Umgebungsverhältnissen, weil die Anzeige des Widerstandswertes auch an ergonomisch günstiger Position erfolgen kann. Jedoch ist der Platzbedarf für eine solche elektrische Meßuhr ebenfalls nicht unbeträchtlich, so daß die Anwendung einer solchen Meßuhr ebenfalls fragwürdig erscheint. Darüber hinaus ist ein Maximumdurchgang einer Zeigerstellung nur relativ ungenau, d. h. mit einer relativ großen Streuung reproduzierbar, was die Anwendbarkeit dieses Verfahrens ebenfalls einschränkt.

Darüber hinaus werden Anordnungen zur exakten Einstellung der Relativlage zweier Teile zueinander vornehmlieh als OT-Geber im Rahmen von Diagnoseeinrichtungen für Kraftfahrzeuge verwendet. Bei bekannten Anordnungen dieser Art (Siemens-Zeitschrift, Hand 47, 197J, Seite 603 bis 608) ist der Signalgeber (Sensor) mit definiertem Abstand einer Markierung auf der Schwungscheibe des Motors gegenüberstehend im Gehäuse eingebaut. Bei jeder Umdrehung erzeugt diese Markierung während des Vorbeilaufes auf elektromagnciisehem Wege in dem Signalgeber berührungslos einen Impuls. Diese Signale können beispielsweise zur Überprüfung des Zündzeitpunktes ausgewertet werden. Bedingi durch die dynamische Messung dieser Anordnung ist sie zum Einstellen einer bestimmten Ruhelage der Teile zueinander nicht brauchbar, weil im statischen Zustand mit der bekannten Anordnung gar keine Signale erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber der eingangs erwähnten Anordnung weitere Möglichkeit aufzuzeigen, statisch, d. h. bei einem QuasiStillstand, einerseits eine große Positioniergenauigkeit von zuvor markierten beweglichen Maschinenteilen zu erreichen und andererseits eine Koinziden^anzeige auch entfernt vom Ort des Signalgebers möglich zu machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach ist die Markierung durch eine Vertiefung im beweglichen Teil gebildet, was aus Platz-, Kosten- und l'eriijiiingsgründen vorteilhaft sein kann. In diesem Falle rasiet der elektrische Kontaktstift in die Vertiefung des beweglichen Teiles ein, wobei dieses zumindest im Bereich der Vertiefung elektrisch leitfähig sein muß. Eine hohe Winkelauflösung bzw. Wegauflösung ergibt b5 sich durch das gleichzeitige Aufleuchten bzw. Ansprechen beider Signaleinrichtungen, was nur in einem extrem kleinen Weg bzw. Winkelbereich gegeben ist, in dem die Kontaktkörper beide gleichzeitig anliegen. Zweckmäßigerweise werden als Signaleinrichtungen zur Bestimmung der angestrebten Position Kontrollampen und/oder evtl. akustische Signaleinrichtungen verwendet.

In weiterer Ausgestaltung kann ein Wechselschalter angebracht werden (Anspruch 2), der es ermöglicht, auch bei Prüflingen aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff eine Signalanzeige zu erhalten, wobei aber auch in diesem Falle die Markierung elektrisch leitfähig sein muß.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit relativ geringem Aufwand ein kostengünstiges Gerät zur Verfugung steht, das es erlaubt, für die verschiedensten Einstellvorgänge eine Position bei oszillierenden oder rotierenden Maschinenteilen mit großer Genauigkeit zu bestimmen bzw. festzulegen. Es garantiert eine für mechanische Geräte ungewöhnlich hohe Auflösung durch gleichzeitige Punktbzw. Linienberührung zweier verschiedener Kontaktkörper mit dem Prüfling. Dieser Vorteil kommt besonders beim Arbeiten an Teilen mit geringem Durchmesser zur Geltung. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist aber auch dadurch gegeben, daß der Signalgeber als kleines Bauteil separat am Maschinengehäuse angebracht ist und nur durch ein elektrisches Kabel mit der ansonsten frei beweglichen Signaleinrichtung mit optischer und/oder akustischer Anzeige verbunden ist. Somit ist für die Signaleinrichtung überhaupt kein weiterer Platzbedarf erforderlich und außerdem ist keine Helligkeit am Anzeigeort erforderlich. Das Aufleuchten von Kontrollampen bzw. das Ertönen von akustischen Signalen ist wesentlich besser zu erkennen, als das Ablesen einer Meßuhr, insbesondere in Verbindung mit dem gleichzeitigen Verdrehen des beweglichen Teiles im Bereich der zu findenden Stellung bei schlechter Zugänglichkeit zum Signalgeben

Bei Hubkolbenmotoren ist die Anordnung nach Anbringung der Markierungen vorteilhaft zum statischen Positionieren von Kurbel-, Nocken-, Einspritzpumpen- und Verteilerwellen zu verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einschließlich einer Variante ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Anordnung mit einer vertieften V-förmigen Markierung und

F i g. 2 eine Variante mit rechteckiger Vertiefung.

Aus dem beweglichen Teil 11 (Prüfling: Welle. Scheibe oder Schieber) wird an definierter Stelle eine elektrisch leitende Markierung als Vertiefung in Form einer Kerbe 22 (F ig. l)oder Nut 22'(F i g. 2) jeweils definierter Form angebracht. An ebenfalls definierter Stelle des zu dem beweglichen Teil 11 gehörenden Maschinen-Gehäuse 18 wird die wie folgt beschriebene Einrichtung angebracht:

Ein durch eine Druckfeder 6 in Richtung auf das bewegliche Teil 11 gespannter Kontaktstift 1 ist in einem aus elektrisch nichtleitendem Material gefertigten Geber-Gehäuse 3 gleitend gelagert, in seiner axialen Bewegung und gegen Verdrehen gesichert, z. B. durch einen Stift 4 und eine Nut 5. Der Kontaktstift beim dargestellten Ausführungsbeispie! ist längsgeteilt und besteht somit aus zwei Hälften, nämlich den bei den gegeneinander durch elektrisch nichtleitenden Kleber isolierten Kontaklkörpern 19, die in Bewegungsrichtung der Markierung zueinander fluchten. Die gemeinsam V-förmig ausgebildeten Kontaktflächen 14 der Kontaktkörper 19

sind symmetrisch zur axialen, quer zur Bewegungsrichtung der Markierung liegenden Mittelebene 20 des Kontaktstiftes 1 angeordnet. Die Neigung dieser Kontaktflächen 14 gegenüber der Mittelebene 20 ist größer als die Flankenneigung (Flanken 23) der Kerbe 22, um eine gute und sichere Kontaktierung zu gewährleisten.

Das Geber-Gehäuse 3 kann am Maschinen-Gehäuse 18 durch Einschrauben. Einstecken oder Aufsetzen auf Paßhülsen befestigt werden, muß aber in einer ganz bestimmten Umfangslage angeordnet sein, nämlich mit der Mittelebene 20 des Gebers quer zur Bewegungsrichtung des Markierungsstiftes.

Von den gegeneinander isolierten Kontaktkörpern 19 führt je ein Kabel zu den beiden im separaten Kontrolllampen-Gehäuse 7 angeordneten Signaleinrichtung 8, die ais Kontrollampen ausgebildet sind; von dort führt das Kabel jeweils weiter zur Spannungsquelle 9 in Form einer Batterie und von dort über einen später zu behandelnden Wechsel-Schalter 15 zur Masse-Klemme 10 an das Maschinen-Gehäuse 18 oder an das bewegliche Teil 11 (Masse).

Bewegt sich nun der Prüfling 11 (bewegliches Teil) bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 aus einer der beiden Positionen 12 oder 13 in Pfeilrichtung, so wird er zunächst nur eine der beiden außenliegenden Kontaktflächen 14 der Kontaktkörper 19 berühren, wodurch eine der beiden Kontrollampen aufleuchtet. Dies ist eine Kontrolle für den Bediener, von nun an den Prüfling 11 nur noch ganz langsam zu bewegen, um trotz der hohen Auflösung die Stellung zu erfassen bei der beide Kontrollampen gleichzeitig aufleuchten. Dies ist der Fall in der gesuchten Mittelstellung, bei der die Markierung in Form einer Vertiefung 22, 22' an beiden Kontaktkörpern 19 Punkt- oder Linienberührung bewirkt. Nur in dieser Stellung ist der Stromkreis gleichzeitig für beide Kontrollampen geschlossen; durch die Parallelschaltung der Kontrollampen leuchten nun beide auf. Wird diese Position bei spielfreier Ausführung der beschriebenen Anordnung nur um wenige Bogenminuten überfahren, so besteht an der Markierung Punkt- oder Linienberührung nur noch zu einem der beiden Kontaktkörper 19, wodurch eine der beiden Kontrollampen wieder erlischt und dem Bediener dadurch signalisiert, daß die gesuchte Position bereits überschritten ist.

Bei Prüflingen, die aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff hergestellt sind, jedoch mit einer Markierung aus elektrisch leitfähigem Werkstoff versehen sind, entfällt die Masseverbindung mit der Masse-Klemme 10. Durch den Wechsel-Schalter 15 am Kontrollampen-Ge- so häuse 7 können in diesem Falle die Spannungsquelle 9 und die beiden Kontrollampen hinereinander geschaltet werden (strichlierte Schalterstellung). Dabei entfällt im Gegensatz zum vorigen Fall mit Parallelschaltung die Annäherungsanzeige. Bei dieser Variante ist der Stromkreis zu den Kontrollampen nur bei genauer Position der Markierung zwischen den Kontaktkörpern 19 geschlossen. Es leuchten dann beide Kontrollampen gleichzeitig auf. aber mit verringerter Leuchtkraft.

Zur Geometrie der Kontaktflächen 14 der Kontakt- w) körperenden ist zu beachten, daß die Neigungswinkel nicht zu groß gewählt werden, um ein Klemmen des Kontaktstiftes 1 zu vermeiden. Zweckmäßigerweise sollte die Spitze des Kontaktstiftes 1 elektrisch nicht leitfähig sein, was durch die Isolationsmasse zwischen den beiden Kontaktkörpern 19 erreicht wird, damit beim mechanischen Überfahren d;r Oberfläche des beweglichen Teiles 11 noch kein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Im übrigen ist noch zu bemerken, daß die Positions-Signalisierung zusätzlich oder anstelle der optischen Signalisierung auch durch ein akustisches Signal erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur exakten Einstellung der Relativlage zweier Teile zueinander, von denen das eine mit einer mechanischen Markierung versehene Teil, insbesondere eine umlaufende Welle, beweglich und das andere Teil, insbesondere ein das bewegliche Teil umgebendes Gehäuse, stillstehend angeordnet ist, ferner mit einem am stillstehenden Teil angebrachten Gebergehäuse mit einem durch Federkraft in Richtung auf das bewegliche Teil gespannten elektrischen Kontaktstift, der im Gebergehäuse axial verschiebbar, aber um seine Längsachse drehgesichert und mit seiner auf das bewegliche Teil gerichteten Stirnseite so ausgebildet ist, daß die Markierung von beiden Seiten her mechanisch überfahrbar ist und der wenigstens im Bereich der herausragenclen Stirnseite zwei gegeneinander und gegen Masse elektrisch isolierte Kontaktkörper trägt, die in Bewegungsrichtung der Markierung zueinander fluchten, wobei zur statischen Feststellung der Koinzidenz der Markierung mit dem Kontaktstift eine Signaleinrichtung zum Ansprechen gebracht wird, indem eine elektrisch einerseits an Masse bzw. an dem die Markierung tragenden Teil liegende Spannungsquelle vorgesehen ist, die mit einem Paar von zueinander parallelliegenden elektrisch gespeisten Signaleinrichtungen in Serie geschaltet ist, von welchen jeweils eine mit je einem Kontaktkörper hintereinander geschaltet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Drehlagensicherung des Kontaktstiftes ist derart ausgebildet, daß sowohl der Kontaktstift (1) als auch das Gebergehäuse (3) jeweils nur in einer definierten Drehlage des Kontaktstiftes relativ zum Gehäuse (18) einbaubar sind;

b) die Markierung ist durch ein Paar definiert gestalteter Kanten zwischen der Oberfläche des beweglichen Teiles (11) und den Seitenflanken einer die Markierung darstellenden Vertiefung gebildet:

c) die dem beweglichen Teil (11) zugekehrt liegenden, gemeinsam V-förmig ausgebildeten Kontaktflächen (14) der Kontaktkörper (19) des am beweglichen Teil (11) anliegenden, spitz ausgebildeten Kontaktstiftes (1) sind symmetrisch zur axialen, quer zur Bewegungsrichtung der Markierung liegenden Mittelebene (20) des Kontaktstiftes (1) bzw. des Gebergehäuses (3) angeordnet, wobei die Neigung der Kontaktflächen (14) gegenüber der Mittelebene (20) größer ist als die entsprechende Flankenneigung der Markierung im Bereich der Oberfläche des beweglichen Teiles(l 1).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselschalier (15) zwischen einer der Signaleinrichtungen (8) und dem Verzweigungspunkt (21) der Leitung von der Spannungsquelle (9) und den Signalcinrichtungen (8) angebracht ist. dessen feststehender Kontaktpunkt der Signaleinrichtung (8) zugekehrt liegt, mit welchem Wechselschalter (15) die Verbindung der einen Signaleinrichtung (8)/um Ver/weigungspuiikt (21) geliivt und auf Masse (10) umschaltbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur exakten Einstellung der Relativlage zweier Teile zueinander nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 31 27 048 als bekannt hervorgeht. Derartige Anordnungen sind insbesondere zur Signalisierung einer definierten Stellung bei umlaufenden Wellen, wie Kurbelwellen, Nockenwellen oder dgl. von Brennkraftmaschinen anwendbar. Bei der eingangs zitierten Anordnung isl die Markierung an dem beweglichen Teil durch einen gegenüber der umlaufenden Fläche hervorstehenden Stift, Zahn oder dgl. gebildet. Die beiden Kontaktkörper sind jeweils für sich dachförmig angespitzt und schließen zwischen sich eine entsprechende Kerbe ein. Bei genauer Koinzidenzlage der Markierung mit dem Kontaktstift liegt der Markierungszahn in dieser Kerbe zwischen den beiden Kontaktkörpern und berührt beide gleichzeitig, so daß beide Signaleinrichtung gleichzeitig ansprechen. Bei Berührung nur eines Kontaktkörpers spricht nur eine Signaleinrichtung an; damit ist ein Annäherungszustand an die Sollposition angezeigt. Für den Fall, daß das bewegliche Maschinenteil nicht an den einen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, ist eine andere Schaltung der Signaleinrichtungen vorgcsehen. Zwar liegen die beiden Signaleinrichtungcn auch noch parallel zueinander und in der Leitung einer jeden Signaleinrichtung ist jeweils ein Schalter angeordnet, die ebenfalls beide untereinander parallel liegen. Beide Schalter werden durch den Kontaktstift betätigt bzw. gebildet. Die eine Signaleinrichtung dient nur der Anzeige einer Annäherung, der entsprechende Schalter wird durch Anheben des Kontaktstiftes betätigt. Die andere Signaleinrichtung zeigt ausschließlich das Erreichen der Sollposition an; der entsprechende Schalter wird durch die beiden Kontaktkörper und die in der Sollposition die beiden Kontaktkörper elektrisch kurzschließende Markierung an dem beweglichen Maschinenteil gebildet.

Die eingangs zitierte Einrichtung setzt eine erhabene Markierung an dem beweglichen Maschinenteil voraus. Dieses kann gelegentlich aus Platzgründen oder aus Gründen der Unfallsirherhei! unerwünscht sein. Im übrigen ist es fertigungstechnisch auch nicht ganz einfach, an einer homogenen Fläche an einer genau lokalisierten Stelle eine erhabene Markierung von definierter Außenkontur anzubringen. Außerdem ist die Lösung für die Erkennung des Annäherungszustandes bei nicht an einen Pol der Spannungsquelle angeschlossenem beweglichen Maschinenteil relativ aufwendig; diese l.ösung setzt im übrigen eine sorgfältige elektrische Isolierung der gesamten Einrichtung gegenüber dem Maschinengehäuse und gegenüber dem beweglichen Maschinenteil voraus, was nicht immer gewährleistet ist.

Eine rein mechanische Lösung des Problems, eine definierte Umfangsposition einer umlaufenden Welle relativ zu einem Gehäuse einzustellen, zeigt die HP-OS 00 06 160. Bei dieser Anordnung besteht der Signalgeber aus einer Halterung am stillstehenden, das bewegliche Teil umgebenden Gehäuse und darin eingesetzter mechanischer Meßuhr mit federnd gelagertem Abtaststift, welcher beim Erreichen des tiefsten Punktes in der an der Welle angebrachten Kerbe die gesuchte definierte Stellung durch Übertragung auf den Zeiger der Meßuhr signalisiert. Nachteilig an einer derartigen Anorcl-

M niing ist die umständliche manuelle Ermittlung des Iuircmwertes an der Meßuhr, der beim mechanischen Überfahren der Kei be mit dem Abtaststift nur im liefstcn Punkt der Kerbe erreicht wird. Ic nach den I¹NiI/-