DE4134220A1 - Vorrichtung zur justierung der relativen winkellage von zwei rotierenden, konzentrischen maschinenteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Aufgabe, zwei Maschinenteile bezüglich ihrer relativen Winkel­ lage zu justieren, tritt beispielsweise bei Brennkraftmaschinen im Bereich der Verbindung zwischen einer Nockenwelle und einem dieses antreibenden Zahnrad auf. Die Winkellage der Nockenwelle und damit der von dieser getragenen, zur Betätigung der Ladungswechselventile dienenden Nocken bezüglich des Antriebsrads ist von erheblicher Bedeutung für ein einwandfreies Arbeiten der Brennkraftmaschine.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der EP 02 45 791 A1 in der Weise bekannt, daß alle Bestandteile der Vorrichtung dauernd fest eingebaut sind, also die Vorrichtung nicht nur zur Justierung ange­ bracht wird. Der Koppelmechanismus enthält ein wellenartiges, mit­ tels der Betätigungseinrichtung axial verschiebbares Teil, das axial versetzt eine Schrägverzahnung und eine Geradverzahnung trägt; diese beiden Verzahnungen stehen in Eingriff mit Gegenver­ zahnungen, von denen eine drehfest mit einem Antriebsrad für eine Nockenwelle und die andere drehfest mit der Nockenwelle in Verbin­ dung steht. Abgesehen davon, daß, wie gesagt, diese bekannte Vor­ richtung zum dauernden Einbau in eine entsprechend ausgebildete Nockenwellenanordnung bestimmt ist, besitzt sie den Nachteil einer großen axialen Erstreckung, da, wie beschrieben, die beiden Verzah­ nungen axial gegeneinander versetzt sind.

Diesen Nachteil weist die aus der EP 03 35 083 A1 bekannte Vorrich­ tung, die ebenfalls dauernd eingebaut ist, nicht auf. Hier trägt ein zugleich einen Bestandteil der Betätigungseinrichtung bildender axial bewegbarer Stellkolben auf einem zylindrischen Fortsatz eine äußere und eine innere Schrägverzahnung in konzentrischer Anord­ nung; diese beiden Schrägverzahnungen kämmen mit entsprechenden Gegenverzahnungen auf einer inneren Hülse, die mit einer Nocken­ welle drehfest verbunden ist, und einer äußeren Hülse, die einen Kettenradträger darstellt. Auch diese bekannte Konstruktion ist jedoch nicht geeignet, als separate Vorrichtung nur zum Zwecke der Justierung der relativen Winkellage angesetzt und im übrigen von den zu justierenden Bauteilen gelöst zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vor­ richtung unter Wahrung ihrer Vorteile, insbesondere der Möglichkeit der genauen Einstellung der Winkellage, zu schaffen, die beispiels­ weise in der Fertigung oder in Werkstätten als externe Vorrichtung zu Justierzwecken mit den beiden definierten Maschinenteilen leicht verbindbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Erfindung behält also die axiale Aufeinanderfolge von Betäti­ gungseinrichtungen (Hubkolben-Zylinder-Anordnung) und Koppelmecha­ nismus bei, wie sie aus der erstgenannten Druckschrift bekannt ist. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Betätigungseinrichtung während des Justiervorgangs an einer stationären Halterung zu lagern. In Abweichung von diesem Stand der Technik sieht die Erfin­ dung jedoch sich im Bereich der Ausnehmungen konzentrisch umschlie­ ßende Hülsen vor, und der Koppelmechanismus weist radiale Finger auf, die die unterschiedliche Steigungen besitzenden gewindeähn­ lichen Ausnehmungen in beiden Hülsen durchsetzen bzw. in sie ein­ greifen. Hierdurch wird ein besonders gedrängter, handlicher Aufbau der Vorrichtung erzielt, so daß diese auch bei beengten Platzver­ hältnissen im Bereich der Maschine einsetzbar ist.

Zur Winkeljustierung der beiden Bauteile muß die Vorrichtung ver­ ständlicherweise Kräfte in Umfangsrichtung auf die Bauteile über­ tragen, die größer sind als die durch den Preßsitz zwischen ihnen erzeugten Kräfte. Dies kann nur durch formschlüssigen Eingriff der beiden Hülsen in jeweils eines der beiden Bauteile erreicht werden. Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung der Vorrichtung gemäß Anspruch 5, nämlich zur Kraft- bzw. Momentenübertragung über Steck­ verzahnungen, die durch Axialbewegung der jeweiligen Hülse in Ein­ griff mit Gegenverzahnungen an den beiden Bauteilen gebracht werden können. Während des "Einfädelvorgangs" der Steckverbindungen müssen die beiden Hülsen der erfindungsgemäßen Vorrichtung um geringe Win­ kelbeträge relativ zueinander verdreht werden, bis die entspre­ chende Ausrichtung der Gegenverzahnungen in den beiden Bauteilen gefunden ist und die Zähne durch Axialverschiebung der Vorrichtung in vollen Eingriff gebracht werden können. Auch diese Relativver­ drehung der Hülsen kann durch Ausnutzung der Betätigungseinrichtung erfolgen, jedoch muß zwecks Vermeidung von Beschädigungen im Bereich der Verzahnungen die Betätigungskraft verringert werden. Dies kann gemäß Patentanspruch 6 mittels eines Ventils geschehen, das beispielsweise als Drossel- oder Kurzschlußventil zwischen Hydraulikleitungen geschaltet ist, die zur Versorgung von zwei beiderseits des Hubkolbens befindlichen Druckräumen im Zylinder der Betätigungseinrichtung dienen. Erst dann, wenn beispielsweise mittels eines Wegsensors festgestellt ist, daß die Verzahnungen sich in vollem Eingriff befinden, wird beispielsweise durch elek­ tromagnetische Betätigung des Ventils der durch dieses bisher erzeugte (teilweise) Kurzschluß wieder aufgehoben.

Zum Entfernen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach beendigtem Justiervorgang kann dieses Ventil wieder geöffnet werden, so daß die Kräfte zwischen aufeinanderliegenden Zahnflanken zum Entfernen der Vorrichtung verringert werden.

Es kann zweckmäßig sein, dem Koppelmechanismus oder der Betäti­ gungseinrichtung Federn zuzuordnen, die eine definierte Ausgangs­ lage des Koppelmechanismus vor jedem Justiervorgang sicherstellen. Auch ist es verständlicherweise möglich, der Vorrichtung einen Winkelgeber zuzuordnen, der die jeweilige Winkelverstellung erfaßt.

Die Tatsache, daß die Betätigungseinrichtung gleichsam einen auto­ nomen, an den Drehbewegungen der Hülsen nicht teilnehmenden Be­ standteil der Vorrichtung bildet, macht es möglich, diese bei­ spielsweise an einem Roboterarm festzulegen und die Vorrichtung durch diesen automatisch in Einsatzstellung zu bringen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren

Fig. 1 einen Längsschnitt und deren

Fig. 2 schematisch den Verlauf der gewinde­ artigen Ausnehmungen wiedergibt.

Die Vorrichtung ist im Einsatz an zwei Bauteilen 1 und 2 gezeigt, von denen das erstgenannte ein Pumpenrad einer Brennkraftmaschine und das Bauteil 2 eine Nabe darstellt, die drehfest mit der Welle 3 verbunden ist. Zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 ist bei 4 ein Preßsitz vorgesehen, d. h. keine formschlüssige, sondern letztlich eine reibschlüssige Verbindung. Die Vorrichtung löst die Aufgabe, die relative Winkellage dieser beiden, zur Achse 5 konzentrischen Bauteile zu justieren.

In Richtung der Achse 5 aufeinanderfolgend erkennt man die beiden Hauptbestandteil der Vorrichtung, nämlich die Betätigungseinrich­ tung 6 und die Verstelleinrichtung 7. Betrachtet man zunächst die Betätigungseinrichtung 6, so enthält sie in dem Zylinder 8 den mit üblichen Dichtungen bestückten Hubkolben 9, der an seinen beiden Seiten Druckräume 10 und 11 begrenzt. Der Zylinder 8 ist bei 12 mit einem Flansch zur Befestigung beispielsweise an einem Roboterarm, also allgemein einer Halterung, ausgerüstet. Schon dies besagt, daß die Betätigungseinrichtung 6 an Drehbewegungen der Bauteile 1 und 2 nicht teilnimmt.

Vom Kolben 9 geht die Kolbenstange 13 ab, die die in Fig. 1 rechte Stirnwand des Zylinders 8 öldicht durchsetzt.

In die beiden Druckräume 10 und 11 münden individuelle Hydraulik­ leitungen 14 und 15 ein, die von einem Schmierölsystem der die Bau­ teile 1 und 2 enthaltenden Maschine gespeist sein können. Zwischen diesen beiden Leitungen 14 und 15 erkennt man die Bypassleitung 16 mit der Drossel 17 und dem elektromagnetisch betätigbaren Ven­ til 18. Wie noch erläutert wird, dient die Bypassleitung 16 mit den Einrichtungen 17 und 18 zur Verringerung der von der Betätigungs­ einrichtung 6 erzeugten Verstellkraft während des Ansetzens bzw. Abnehmens der Vorrichtung an die bzw. von den Bauteilen 1 und 2.

Die Verstelleinrichtung 7 enthält die innere Hülse 19 mit schlitz­ förmigen Ausnehmungen 20, die - siehe Fig. 2 - steilgewindeartig gegen die Achse 5 geneigt sind, und die äußere Hülse 21 mit Aus­ nehmungen 22, die - siehe wiederum Fig. 2 - parallel zur Achse 5 verlaufen. Die Ausnehmungen 20 und 22 sind gleichmäßig über den Umfang der beiden Hülsen 19 und 21 verteilt.

Innerhalb der beiden Hülsen erkennt man den Koppelmechanismus 23, der axial unverschiebbar, aber drehbar auf der Kolbenstange 13 gelagert ist. Der Koppelmechanismus enthält zwischen den Wälzlagern 24 die Traghülse 25 für eine der Anzahl der Ausnehmungspaare 20, 22 entsprechende Zahl von radial weisenden Fingern 26, die jeweils in beide Ausnehmungen 20 und 22 eingreifen, und zwar reibungsarm, da sie für diese Eingriffe individuelle Wälzlager 27 und 28 tragen. Wie wiederum aus Fig. 2 ersichtlich, bedeutet jede durch die Betätigungseinrichtung 6 hervorgerufene Axialverschiebung des Koppelmechanismus 23 eine Relativverdrehung der beiden Hülsen 19 und 21 und damit, wie noch beschrieben wird, der beiden Bauteile 1 und 2. Die Drehrichtung wird durch entsprechende Relativdrücke zwischen den Druckräumen 10 und 11 bestimmt. Dazu werden die Leitungen 14 und 15 über das Umschaltventil 34 gespeist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die einander zugekehrten Enden von Zylinder 8 und innerer Hülse 19 über das Wälzlager 29 axial unver­ schiebbar, aber Relativdrehungen zulassend miteinander verbunden. Auch die beiden Hülsen 19 und 21 sind relativ zueinander unver­ schiebbar, aber verdrehbar abgestützt (Wälzlager 35).

Beide Hülsen 19 und 21 tragen an ihren der Betätigungseinrichtung 6 abgekehrten, in Fig. 1 rechten Enden Steckverzahnungen 30 und 31, die in entsprechende Gegenverzahnungen der beiden Bauteile 1 und 2 eingreifen. Beim Ansetzen der Vorrichtung an die Bauteile 1 und 2 müssen die Steckverzahnungen 30 und 31 in eine relative Winkellage gebracht werden, die der jeweils vorliegenden relativen Winkellage der Gegenverzahnungen an den Bauteilen 1 und 2 entspricht. Dies geschieht mittels der Betätigungsvorrichtung 8, und zwar mit durch Öffnen des Ventils 18 verringerter Betätigungskraft, so daß zunächst über die Verzahnungen 30 und 31 noch Kräfte in Umfangs­ richtung übertragen werden, die die Haftkräfte im Preßsitz 4 nicht überwinden können. Erst dann, wenn mittels des Wegsensors 32 fest­ gestellt ist, daß die Verzahnungen 30 und 31 sich in voller Ein­ griffsstellung mit den Gegenverzahnungen befinden, wird das Ven­ til 18 wieder gesperrt, d. h. der Bypass 16 unterbrochen, so daß die Betätigungseinrichtung 6 mit voller Kraft arbeiten und die erforderlichen Relativverdrehungen zwischen den Verzahnungen 30 und 31 erzeugen kann.

Mittels des Druckfühlers 33 im Bereich der Leitung 14 vor dem Um­ schaltventil 34 kann der Augenblick (und damit der Ausgangswinkel) festgehalten werden, in dem nach dem Einfädeln und Überwindung von Spiel die Relativdrehung zwischen den Bauteilen 1 und 2 beginnt.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Vorrichtung geschaffen, die hinsichtlich ihres Einsatzes als externe Justier­ vorrichtung optimiert ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Justierung der relativen Winkellage von kraft­ schlüssig verbundenen, rotierenden, konzentrischen Maschinen­ teilen, insbesondere einem Antriebsrad und einer Welle, unter Betriebsbedingungen mit einer hydraulisch betriebenen, doppelt­ wirkenden Hubkolben-Zylinder-Anordnung als Betätigungseinrich­ tung zur Axialverschiebung eines gegen die Betätigungseinrich­ tung axial versetzten und drehbaren Koppelmechanismus, der in gewindeartige, unterschiedliche Steigungen besitzende Ausneh­ mungen in zwei axial relativ zueinander festgelegten Hülsen eingreift, die während der Justierung mit jeweils einem der beiden Bauteile in drehfester Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hülsen (19, 21) einander im Bereich der Ausnehmungen (20, 22) konzentrisch umschließen und der Koppelmechanismus (23) mit radialen Fingern (26) schlitz­ förmige Ausnehmungen (20) in der inneren der beiden Hülsen (19, 20) durchsetzt und in die Ausnehmungen (22) in der äußeren Hülse (21) eingreift, und daß beide Hülsen (19, 21) an ihren der Betätigungseinrichtung (6) abgekehrten Enden zur lösbaren drehfesten Verbindung mit jeweils einem der beiden Bauteile (1, 2) eingerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (26) über separate reibungsarme Lager nach Art von Wälz­ lagern (27, 28) in die Ausnehmungen (20, 22) eingreifen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (26) auf einer Traghülse (25) sitzen, die ihrerseits über axial belastbare Wälzlager (24) axial unverschiebbar auf einer zu dem Hubkolben (9) führenden Kolbenstange (13) gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zylinder (8) der Betätigungseinrichtung (6) und die Hülsen (19, 21) an ihren einander zugekehrten Enden über axial belastbare Wälzlager (29, 35) axial unverschiebbar verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Hülsen (19, 21) an ihren der Betäti­ gungseinrichtung (6) abgekehrten Enden mit Steckverzahnungen (30, 31) zum Eingriff in Gegenverzahnungen in den beiden Bau­ teilen (1, 2) versehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungseinrichtung (6) ein Ventil (18) zur Verringerung ihrer Stellkraft während der Herstellung des Eingriffs zugeord­ net ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Ventils (18) ein den Eingriff kontrollierender Wegsensor (32) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Einrichtung zur Erfassung von relativen Drehbewegungen der beiden Hülsen (19, 21) sowie ein Druckfühler (33) für den Eingangsdruck der Betätigungsvorrichtung (8) zur Erfassung derjenigen relativen Drehlage der Hülsen (19, 21) vorhanden sind, bei der Spiel in den Verbindungen der Hülsen (19, 21) mit den Bauteilen (1, 2) überwunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zylinder (8) der Betätigungseinrichtung (6) an seinem dem Koppelmechanismus (23) abgekehrten Ende zur Befestigung an einer stationären Halterung eingerichtet ist.