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Die
Erfindung betrifft einen Drehknopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 und ein Verfahren zum Verbinden eines Drehknopfes mit einer Verstellwelle.
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Derartige
Drehknöpfe
werden zur Handbetätigung
von Verstellwellen gesetzt. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet dieser
Drehknöpfe
sind hydraulische Stellkomponenten, beispielsweise Messblenden eines
mobilen Steuerblocks. In dem von der Anmelderin herausgegebenen
Datenblatt RD 66 130 der Anmelderin ist ein in Scheibenbauweise
ausgeführter
LS-Mobilsteuerblock, dessen Wegeventilsegmente (Ventilscheiben)
u. a. eine Druckwaage und ein stetig versellbares Wegeventil, über die
der Druckmittelvolumenstrom zum Verbraucher eingestellt werden kann
sowie eine von Hand verstellbare Messblende zur Begrenzung des maximalen
Druckmittelvolumenstroms aufweisen.
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Dabei
ist es notwendig, den Drehknopf so zu justieren, dass in einer vorbestimmten
Relativposition ein Referenzdruckmittelvolumenstrom über die Messblende
eingestellt ist. Diese Referenzposition ist dann durch einen Drehanschlag
definiert einstellbar.
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Bei
den im Datenblatt RD 66 130 beschriebenen Wegeventilsegmenten wird
ein Drehknopf verwendet, der aus einem metallischen Innenteil und
einem dieses umgreifendes Kunststoffteil ausgeführt ist, dessen Außenumfang
zur Verbesserung der Handhabbarkeit genutet oder geriffelt ist.
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Im
praktischen Einsatz dieser Komponenten kann es vorkommen, dass – insbesondere
bei hohen Umgebungs- oder Betriebstemperaturen – der Drehknopf sehr stark
erwärmt
wird. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der
verwendeten Materialien kann es vorkommen, dass der Kraft- und/oder
Formschluss zwischen dem Kunststoff-Außenteil und dem metallischen
Innenteil aufgehoben wird, so dass das Außenteil relativ zum Innenteil
durchdreht und somit eine ordnungsgemäße Verstellung der Messblende
nicht mehr gewährleistet
ist.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Drehknopf zu schaffen,
der seine Funktion zuverlässig
auch bei ungünstigen
Betriebsbedingungen erfüllt.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Lösungen ist die vergleichsweise
komplexe Montage des bekannten Drehknopfes, wobei es besonders schwierig
ist, diesen in der genannten Referenzlage zu montieren. Demgegenüber liegt
der Erfindung des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum einfachen
Montieren eines Drehknopfes zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Drehknopfes durch die Merkmalskombination
des Patentanspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die
Verfahrensschritte gemäß Patentanspruch
14 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße Drehknopf
wird aus einem Innenteil und einem Außenteil gebildet, die über eine
Verrastung und zusätzlich über eine
Passverzahnung miteinander verbunden sind. Durch diese doppelte
Sicherung (Passverzahnung und Verrastung) ist auch bei extremen
Temperaturschwankungen stets ein form- und kraftschlüssiger Eingriff
zwischen Innenteil und Außenteil
gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist die
Verrastung so ausgeführt,
dass sie beim Aufsetzen des Außenteils
auf das Innenteil erst nach der Passverzahnung in Eingriff gelangt,
so dass zum Einstellen des Referenzdruckmittelstroms das Innenteil
gemäß der Teilung
der Passverzahnung relativ zum Außenteil verdreht werden kann
und dann nach der Einstellung und Kontrolle des Referenzdruckmittelvolumenstroms
das Außenteil
mit dem Innenteil verrastet wird, so dass dieser Referenzdruckmittelvolumenstrom
zuverlässig
eingestellt ist.
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Diese
Verbindung ist besonders stabil, wenn das Innen- und das Außenteil
aus dem gleichen Material, vorzugsweise aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt
sind, so dass bei einer Erwärmung
oder Abkühlung
beide Bauelemente den gleichen maßlichen Änderungen unterworfen sind
und somit zuverlässig
in Eingriff bleiben.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird die Verrastung durch eine Schnappverbindung gebildet. Diese
hat beispielsweise am Innenteil mehrere Federzungen, an deren Endabschnitten zum
Außenteil
hin vorstehende Rastvorsprünge
ausgeführt
sind, die in entsprechend ausgeformte Rastausnehmungen des Außenteils
einschnappen.
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Diese
Rastvorsprünge
sind vorzugsweise mit einem vergleichsweise flachen Füge – und einem vergleichsweise
steilen Lösewinkel
des Rastvorsprungs ausgeführt,
so dass die Verrastung sehr leichtgängig erfolgt, während ein
Lösen dieser
Verrastung nur sehr schwierig durchgeführt werden kann und eine versehentliche
Demontage erschwert ist.
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Das
Innenteil wird vorzugsweise hülsenförmig mit
einer von der Verstellwelle zumindest abschnittsweise durchsetzten
Innenbohrung ausgeführt.
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Dabei
kann an einem Endabschnitt des hülsenförmigen Innenteils
eine Ringstirnausnehmung ausgebildet werden, die einen Rastkragen
und ein von der Verstellwelle durchsetztes Nabenteil voneinander
trennt. Der Rastkragen ist dabei durch eine Vielzahl von auf einem
gemeinsamen Teilkreis liegenden zylindermantelabschnittsförmigen Federzungen
ausgebildet.
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An
einem rückseitigen
Endabschnitt des Innenteils ist dann eine Aussenverzahnung der eingangs
genannten Passverzahnung ausgeführt,
die in Wirkeingriff mit einer entsprechenden Innenverzahnung des
Außenteils
bringbar ist.
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Zur
Minimierung des Gewichts kann in einer rückseitigen Stirnfläche des
Innenteils eine weitere Stirnausnehmung vorgesehen sein.
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Zwischen
den beiden Endabschnitten der Innenhülse verbleibt ein Hülsenbund,
der diagonal von einer Passbohrung zur Aufnahme eines Passstifts durchsetzt
ist, über
den die Verstellwelle drehfest mit dem Innenteil verbindbar ist.
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Zur
Einstellung des Referenzdruckmittelvolumenstroms kann am Außenumfang
des Außenteils eine
radial vorstehende Anschlagnase vorgesehen werden.
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Das
Außenteil
hat bei einem Ausführungsbeispiel
eine sacklochförmige
Innenausnehmung, die zur Aufnahme des Innenteils in Radialrichtung
erweitert ist.
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An
der Innenumfangswandung dieser Innenausnehmung sind in Axialrichtung
versetzt zueinander die Innenverzahnung und die Rastausnehmungen
ausgebildet.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Stelleinrichtung eine Messblende zur Einstellung eines Druckmittelvolumenstroms.
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Der
erfindungsgemäße Drehknopf
erleichtert die Relativpositionierung zur Verstellwelle und die Einstellung
des Referenzdruckmittelvolumenstroms, wobei bei der Montage zunächst das
Innenteil drehfest mit einer Stellwelle verbunden wird. Die Stellwelle
kann dann über
das Innenteil oder über
das teilweise aufgesetzte Außenteil
in eine Referenzposition verstellt werden, in der beispielsweise
der eingangs genannte Referenzdruckmittelvolumenstrom über eine
Messblende strömt.
Anschließend
wird dann das Außenteil
in der gewünschten
Relativposition auf das Innenteil aufgesetzt, wobei die Teilung
der Verzahnung so fein ist, dass diese Relativposition mit hinreichender
Genauigkeit eingestellt wird. Durch weiteres Aufschieben des Außenteils
auf das Innenteil gelangt dann die Verrastung in Eingriff, so dass diese
Relativposition zuverlässig
lagefixiert ist.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Volumenstromverstellung eines Wegeventilsegmentes;
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2 einen
Drehknopf der Volumenstromverstellung aus 1 im Längsschnitt;
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3 und 4 eine
Einzeldarstellung eines Innenteils des Drehknopfes im Längsschnitt
und in einer Seitenansicht und
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5 einen
Teilschnitt eines Außenteils
des Drehknopfes aus 2.
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Wie
bereits eingangs erwähnt,
kann der im Folgenden beschriebene Drehknopf bei beliebigen Stelleinrichtungen
verwendet werden, wobei dieser zur drehenden oder ziehenden Betätigung der
Stelleinrichtung verwendet werden kann. Im Folgenden wird die Verwendung
des Drehknopfes bei einem Wegeventilsegment eines LS-Mobilsteuerblocks
des Typs SB23-LS beschrieben.
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1 zeigt
einen Teilbereich eines derartigen Wegeventilsegmentes 1,
in dessen Ventilscheibe 2 u. a. eine Druckwaage und eine
stetig verstellbare Zumessblende zur Einstellung der Verbrauchergeschwindigkeit
und eine Messblende 4 zur Einstellung des maxiamlen Druckmittelvolumenstroms
aufgenommen sind. Die Messblende 4 bildet gemeinsam mit
der Druckwaage einen Stromregler, über den der maximale Druckmittelvolumenstrom
und damit die maximale Verbrauchergeschwindigkeit begrenzbar ist.
Der Durchfluss lässt
sich durch Verändern des
Messblendenquerschnitts variieren. Bei der bekannten Lösung kann
ein Schieber 6 der Messblende 4 über eine
Verstellwelle 8 verstellt werden. Diese steht mittelbar
in Gewindeeingriff mit einer Stellbuchse 10, so dass bei
Verdrehen der Verstellwelle 8 relativ zur Verstellbuchse 10 die
Verstellwelle 8 in Axialrichtung verstellt wird. Diese
Axialverschiebung wird auf den Schieber 6 übertragen,
so dass entsprechend der Öffnungsquerschnitt
der Messblende 4 verstellt wird. Die Verdrehung der Verstellwelle 8 erfolgt über einen
drehfest mit dieser verbundenen Drehknopf 12. An der Ventilscheibe 2 ist
ein Anschlagstift 14 befestigt, auf den in einer vorbestimmten
Drehposition des Drehknopfes 12 eine Anschlagnase 16 aufläuft, die
vom Außenumfang
des Drehknopfes 12 in Radialrichtung auskragt. In dieser
Anschlagposition ist die Messblendenöffnung auf einen Querschnitt
eingestellt, der einem Referenzdruckmittelvolumenstrom entspricht.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
durch den Drehknopf 12 aus 1. Demgemäß besteht
dieser im Wesentlichen aus einem Außenteil 18, in das
ein Innenteil 20 eingesetzt ist. Beide Bauelemente 18, 20 bestehen
aus dem gleichen Kunststoff, so dass die eingangs beschriebene Problematik
bei starken Temperaturerhöhungen
oder – erniedrigungen
nicht auftreten kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Innenteil 20 zum
einen über
eine Passverzahnung 22 und zum anderen über eine Verrastung 24 mit
dem Außenteil 18 verbunden.
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3 zeigt
eine Einzeldarstellung des Innenteils 20 aus 2.
In 4 ist dieses Innenteil 20 in der Seitenansicht
von links (3) dargestellt.
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Gemäß 3 hat
das Innenteil 20 einen hülsenförmigen Grundaufbau mit einer
axialen Innenbohrung 26, deren Durchmesser an denjenigen
der Verstellwelle 8 angepasst ist. Die drehfeste Verbindung
erfolgt dabei durch Einsetzen eines Passstiftes in eine Diagonalbohrung 28 des
Innenteils 20, wobei dieser Passstift sowohl das Innenteil 20 als
auch die Verstellwelle 8 zumindest abschnittsweise durchsetzt.
Dabei ist er mit Presspassung in der Verstellwelle 2 und/oder
dem Innenteil 20 aufgenommen.
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An
seinen in 3 linken, messblendenseitigen
Endabschnitt hat das Innenteil 20 eine umlaufende Ringstirnausnehmung 30, über die
außen
liegende Federzungen 32 und ein innen liegender Nabenabschnitt 34 in
Radialrichtung zueinander beabstandet sind. Die Ringstirnausnehmung 30 endet
in Axialrichtung im Abstand zu der Diagonalbohrung 28 (Ansicht
gemäß 3).
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Wie
sich aus der Seitenansicht gemäß 4 ergibt,
sind vier zylindermantelabschnittsförmige Federzungen 32a,
b, c, d auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet, wobei zwischen
benachbarten Federzungen 32 jeweils ein achsparallel verlaufender Spalt 36 verbleibt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
verlaufen die in 4 sichtbaren Umfangsabschnitte
jeder Federzunge 32a, 32b, 32c, 32d jeweils über einen
Bogenwinkel von fast 90°,
so dass die Spalte 36 vergleichsweise klein sind.
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Gemäß 3 kragen
die vier Federzungen 32 von einem etwa mittigen Hülsenbund 36 nach links
aus. Die Federzungen 32 sind so gestaltet, dass sie in
Radialrichtung nach innen ausgelenkt werden können. An den in 3 sichtbaren
Endabschnitten der Federzungen 32a bis 32d sind
jeweils Rastvorsprünge 38 vorgesehen.
Einer dieser Rastvorsprünge 38 ist
als Einzelheit X in 3 herausgezeichnet. Demgemäß ist der Rastvorsprung 38 im
Querschnitt etwa trapezförmig
ausgeführt,
wobei die in der Darstellung gemäß 3 rechts
angeordnete Flanke 40 im Bezug zur Horizontalen wesentlich
flacher angestellt ist als die linke, steilere Flanke 42.
Der Anstellwinkel der flacheren Flanke 40 bildet dabei
den Fügewinkel,
da diese Flanke 40 beim Einsetzen in das Außenteil 18 zuerst
aufgleitet. Der Anstellwinkel der steileren Flanke 42 ist
dann entsprechend der Lösewinkel,
der die Auszugsfestigkeit der beiden Bauteile 18, 20 bestimmt.
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Gemäß 3 ist
rechts vom Hülsenbund 36 eine
Außenverzahnung 44 vorgesehen,
so dass dieser rechte Endabschnitt praktisch wie eine Keilwelle mit
einer Vielzahl von Passkeilen 46 (siehe 4) ausgeführt ist.
Der Keilwinkel beträgt
dabei beispielsweise 60°.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind 32 der
Passkeile 46 gleichmäßig am Umfang verteilt.
Zur Gewichtsminimierung und zur Vereinfachung der Herstellung (Spritzgießen) ist
auch der rechte Endabschnitt des Innenteils 20 mit einer
Stirnausnehmung 48 ausgeführt, so dass die Wandstärken des
Innenteils 20 relativ gleichmäßig sind und somit das Verteilen
und Abkühlen
der Schmelze beim Spritzgießen
vereinfacht ist und somit ein Verziehen des Bauteils beim Abkühlen im
Spritzgießwerkzeug verhindert
ist.
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Gemäß den 3 und 4 liegen
die Scheitel 50 der Außenverzahnung 44 auf
einem Teilkreis, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser des Hülsenbunds 36 bzw.
der Federzungen 32 (ohne Rastvorsprünge) entspricht, d. h. die
Flanken der Außenverzahnung 44 sind
durch Längsnuten
am Außenumfang
der Hülse
ausgeführt.
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5 zeigt
das Außenteil 18,
das aus dem gleichen Material wie das Innenteil 20 besteht.
Im unteren Teil der Darstellung gemäß 5 ist das
Außenteil 18 im
Längsschnitt
gezeigt, der obere Teil zeigt dessen Außenkontur. Der Außenumfang
des Außenteils 18 ist
von der Ventilscheibe 2 (siehe 1) weg leicht
konifiziert, wobei der Endabschnitt mit dem geringeren Durchmesser
mit einer Riffelung 52 zur Verbesserung der Handhabung
ausgeführt
ist. Gemäß den 2 und 5 sind
des Weiteren entlang der Oberseite und der Unterseite ein gegenüber dem
Außenumfang 54 des
Außenteils 18 in
Radialrichtung vorspringender Hohlsteg 56, 58 ausgebildet, dessen
Profil 60 in 5 oben angedeutet ist.
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Gemäß dem Halbschnitt
hat das Außenteil 18 eine
einseitig geschlossene Innenausnehmung 62, die sich zu
der Stirnfläche
mit dem größeren Durchmesser
hin öffnet.
Die Innenausnehmung 62 ist nicht konifiziert sondern über Zylindermantelabschnitte
zum größeren Durchmesser
des Außenteils 18 hin
erweitert. Dabei wird eine Aufnahme 64 für das Innenteil 20 ausgebildet.
Diese Aufnahme 64 hat eine in Radialrichtung vorspringende
Innenverzahnung 65, die entsprechend der Außenverzahnung 44 des Innenteils 20 ausgebildet
ist. Der Innendurchmesser dieser Innenverzahnung 65 entspricht
dem Durchmesser des rechten, radial zurückspringenden Teils der Aufnahme 62.
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Gemäß der Einzelheit
Y in 5 ist im Abstand zum Mündungsbereich der Innenausnehmung 62 eine
umlaufende Rastausnehmung 66 ausgebildet, deren Profil
demjenigen der Rastvorsprünge 38 entspricht.
D. h. diese Rastausnehmung 66 ist mit einer vergleichsweise
flachen Flanke 68 und einer vergleichsweise steileren Flanke 70 ausgeführt, deren Anstellwinkel
die gleichen sind, wie bei den Flanken 40, 42 des
Rastvorsprungs 32. Der Innendurchmesser der Aufnahme 64 entspricht
dem Außendurchmesser
des Innenteils 20, so dass diese passgenau in das Außenteil 18 eingesetzt
werden kann. Diese Montageposition ist in 2 dargestellt.
Dabei greifen die Rastvorsprünge 38 der
Federzungen 32 in die umlaufende Rastausnehmung 66 des
Außenteils 18 ein
und die Innenverzahnung 65 ist in Passeingriff mit der
Außenverzahnung 44 des
Innenteils 20, so dass dieses und das Außenteil 18 drehfest
und in Axialrichtung gesichert miteinander verbunden sind. Die Montage
zur Justierung eines minimalen Druckmittelvolumenstroms über die
Messblende 4 erfolgt dabei nach den folgenden Schritten:
In
einem ersten Schritt wird das Innenteil 18 auf die Verstellwelle 8 aufgesetzt
und der Passstift in die Diagonalbohrung 28 eingesetzt,
so dass dieser auch die Verstellwelle 8 durchsetzt und
somit das Innenteil 20 drehfest mit der Verstellwelle 8 verbunden
ist. Anschließend
wird durch Verdrehen der Verstellwelle 8 der gewünschte Mindestdruckmittelvolumenstrom über die
Messblende 4 eingestellt. Dabei kann das Außenteil 18 schon
abschnittsweise auf das Innenteil 20 aufgeschoben sein,
wobei allerdings die Rastverbindung 24 noch nicht im Eingriff
stehen darf. Nach Einstellung des Mindestdruckmittelvolumenstroms wird
die Anschlagnase 16 mit Bezug zum Anschlagstift 14 ausgerichtet
und das Außenteil 18 auf
das Innenteil 20 aufgeschoben, wobei die feine Teilung
der Passverzahnung 22 gewährleistet, dass eine exakte Anlageposition
der Anschlagnase 16 an den Anschlagstift 14 sichergestellt
ist. Beim Aufschieben des Außenteils 18 auf
das Innenteil 20 sind die Federzungen 32 zunächst durch
Auflaufen der flach angestllten Flanken 40 auf die Stirnfläche des
Außenteils 18 nach
innen ausgelenkt, so dass die Außenumfangsflächen der
Rastnasen 38 an der Innenumfangswandung der Aufnahme 64 abgleiten.
Bei Erreichen der axialen Endposition schnappen die Rastnasen 38 in
die umlaufende Rastausnehmung 66 ein, so dass die Relativposition
des Innenteils 20 im Bezug zum Außenteil 18 auch in
Axialrichtung gesichert ist. Eine Demontage wird durch den steilen
Lösewinkel
der Flanke 42 erschwert, so dass ein versehentliches Lösen der
beiden Bauteile 18, 20 ausgeschlossen ist. Wie
eingangs erläutert,
sind beide Bauelemente aus dem gleichen Material gefertigt, so dass bei
thermischer Belastung beide Bauelemente in der gleichen Weise schrumpfen
oder sich ausdehnen und somit die Drehposition des Drehknopfes 12 mit Bezug
zur Verstellwelle 8 stets aufrechterhalten bleibt.
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Wie
bereits erwähnt,
ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Drehknopfes 12 nicht
auf hydraulische Komponenten beschränkt, sondern überall dort
anwendbar, wo eine Stelleinrichtung durch Verdrehen oder Ziehen
verstellt werden soll. Das Außenteil 18 und
das Innenteil 20 können
auch aus anderen Materialien, beispielsweise aus Stahl oder dergleichen
hergestellt werden.
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Offenbart
sind ein Drehknopf für
eine Stelleinrichtung und ein Verfahren zum Montieren eines Drehknopfes
an einer derartigen Stelleinrichtung. Erfindungsgemäß ist der
Drehknopf zweiteilig mit einem Innenteil und einem Außenteil
ausgeführt.
Die Verbindung erfolgt über
eine Passverzahnung und eine Verrastung, so dass die beiden Bauelemente
zuverlässig
zueinander relativpositioniert sind.
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- 1
- Wegeventilsegment
- 2
- Ventilscheibe
- 4
- Messblende
- 6
- Schieber
- 8
- Verstellwelle
- 10
- Verstellbuchse
- 12
- Drehknopf
- 14
- Anschlagstift
- 16
- Anschlagnase
- 18
- Außenteil
- 20
- Innenteil
- 22
- Passverzahnung
- 24
- Rastverbindung
- 26
- Innenbohrung
- 28
- Diagonalbohrung
- 30
- Ringstirnausnehmung
- 32
- Federzunge
- 34
- Nabenabschnitt
- 36
- Hülsenbund
- 38
- Rastvorsprung
- 40
- flache
Flanke
- 42
- steilere
Flanke
- 44
- Außenverzahnung
- 46
- Passkeil
- 48
- Stirnausnehmung
- 50
- Scheitel
- 52
- Riffelung
- 54
- Außenumfang
- 56
- Hohlsteg
- 58
- Hohlsteg
- 60
- Querschnitt
- 62
- Innenausnehmung
- 64
- Aufnahme
- 65
- Innenverzahnung
- 66
- Rastausnehmung
- 68
- Flanke
- 70
- Flanke