DE102010029208A1

DE102010029208A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Federvorspannung

Info

Publication number: DE102010029208A1
Application number: DE201010029208
Authority: DE
Inventors: Johann Aigner; Franz Feix; Thomas Kornherr
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-22
Also published as: DE102010029208B4

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Ermittlung der Federvorspannung an einer im Schiebesitz zwischen gehäusefesten Anschlägen (10) axial begrenzt beweglich geführten, unter der Wirkung der Federvorspannung reibschlüssig drehfest an die Anschläge gedrückten Feder-Lageranordnung (3, 4, 12, 13) wird die Federvorspannung der Feder-Lageranordnung erfindungsgemäß ohne Kenntnis der Federkennlinie mit hoher Genauigkeit auf messtechnisch einfache Weise allein durch eine reine Kraftmessung dadurch ermittelt, dass die Feder-Lageranordnung (3, 4, 12, 13) im Einbauzustand durch eine an diese drehschlüssig ansetzbare Spanneinrichtung (14) beidseitig entgegen der Federkraft zunehmend druckkraftbeaufschlagt und der Einbauwert der Federvorspannung unmittelbar durch das bei einer freien Drehbarkeit des Verbunds aus Spanneinrichtung und Feder-Lageranordnung im Gehäuse (2) erzeugte Messsignal eines Druckkraftsensors (22) angezeigt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Federvorspannung an einer im Schiebesitz zwischen gehäusefesten Anschlägen axial begrenzt beweglich geführten, unter der Wirkung der Federvorspannung drehfest an die Anschläge gedrückten Feder-Lageranordnung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.
Zum Ausgleich von thermisch bedingten Längenänderungen z. B. an einem Kraftfahrzeug-Achsgetriebe mit einem Gehäuse aus Aluminium und einem beidseitig über Schrägkugellager am Gehäuse drehbar abgestützten Differenzialkorb in Stahlbauweise ist es bekannt, die aus den Kugellagern und dem Differenzialkorb bestehende Lageranordnung im Schiebesitz zwischen gehäusefesten Anschlägen axial begrenzt beweglich zu führen und durch eine Ausgleichsfeder in Form einer Tellerfeder unter reibschlüssig drehfestem Andruck der Lageraußenringe an die gehäusefesten Anschläge vorzuspannen. Um die Lagervorspannung zu messen und gegebenenfalls durch Einlegen von Distanzscheiben nachzukorrigieren, wird die Tellerfeder in der Einbaulage bis zum vollständig komprimierten Zustand zusammengedrückt und aus dem dabei ermittelten Federweg die Federvorspannung auf der Grundlage der Federkennlinie berechnet. Eine derartige Berechnungsmethode setzt jedoch voraus, dass die Federkennlinie im Lieferzustand der Ausgleichsfeder bekannt ist und bei einer Nachkontrolle der Federvorspannung neu vermessen werden muss, da sich diese während der Laufzeit des Getriebes gegenüber dem Ersteinbau gewöhnlich unkontrolliert verändert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sich die Federvorspannung der Feder-Lageranordnung ohne Kenntnis der Federkennlinie auf messtechnisch einfache Weise ermitteln lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren bzw. die im Patentanspruch 2 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Feder-Lageranordnung im Einbauzustand von außen entgegen der Federvorspannung zunehmend druckkraftbeaufschlagt und dabei der durch die Vorspannfeder anschlagseitig bewirkte Drehschluss kontinuierlich kontrolliert, bis die Feder-Lageranordnung den reibschlüssigen Kontakt mit den gehäusefesten Anschlägen verliert und sich daher frei drehen lässt. Zu diesem Zeitpunkt wird die gesamte Federkraft von der äußeren Druckkraft aufgenommen, während sich die wirksame Federlänge gegenüber dem Einbauzustand nur marginal verringert hat, so dass die dann gemessene Druckkraft mit hoher Genauigkeit dem Einbauwert der Federvorspannung entspricht. Erfindungsgemäß wird somit auf messtechnisch einfache Weise durch eine reine Kraftmessung und ohne Vorermittlung der Federkennlinie eine unmittelbare Anzeige der im Einbauzustand wirksamen Federvorspannung erhalten.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird gemäß Anspruch 3 bei einer Feder-Lageranordnung mit einer angestellten Lagerung eine weitere messtechnische Verbesserung dadurch erreicht, dass lediglich einer der Lageraußenringe bis hin zur freien Drehbarkeit zunehmend druckkraftbeaufschlagt wird, während die Gegenkraft aus Genauigkeitsgründen reibschlussunabhängig an einem der Lagerinnenringe abgestützt wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Kraftfahrzeug-Ausgleichsgetriebe mit einem beidseitig jeweils über ein Schrägkugellager drehbar abgestützten Differenzialkorb gemäß Anspruch 4 vorzugsweise der Außenring des einen Kugellagers einerseits und das diesem abgewandte Ende des Differenzialkorbs unter Umgehung des zweiten Kugellagers andererseits entgegen der Federvorspannung druckkraftbeaufschlagt, so dass nur eines der Kugellager in die Prüfstrecke einbezogen wird, das andere Kugellager hingegen ohne Einfluss auf das Prüfergebnis bleibt.
Während sich der Freigabepunkt der Drehschlussverbindung zwischen Gehäuse und Feder-Lageranordnung ohne Weiteres manuell, aber natürlich auch automatisch feststellen lässt, wird die der Federvorspannung entgegenwirkende Druckkraft, die bei Kraftfahrzeug-Achsgetrieben mehrere kN betragen kann, vorzugsweise fremdkrafterzeugt, nämlich gemäß Anspruch 5 durch eine hydraulisch betätigte, zunehmend druckbeaufschlagbare Kolben-Zylindereinheit mit einer zugeordneten Hydraulikdruckanzeige, aus der sich die ausgeübte. Druckkraft in einfacher Weise unter Berücksichtigung der effektiven Kolbenfläche ergibt.
Nach Anspruch 6 schließlich werden zur Korrektur der Federvorspannung zwischen die gehäusefesten Anschläge und die Feder-Lageranordnung vorzugsweise Distanzscheiben eingelegt, die unter der Wirkung der Vorspannfeder ebenfalls reibschlüssig drehfest im Schiebesitz des Gehäuses an die Anschläge angedrückt werden und über diese radial nach innen vorstehen, so dass sich die Druckkraft von außen auf dem Weg über die frei zugänglichen Distanzscheibenbereiche problemlos auf die Feder-Lageranordnung aufbringen lässt.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in ihrer einzigen Figur eine erfindungsgemäß ausgebildete Messvorrichtung in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug-Achsgetriebe in geschnittener Darstellung.
Das in der Fig. gezeigte Kraftfahrzeug-Achsgetriebe 1 ist von üblicher Bauart und enthält ein Gehäuse 2 aus Aluminium und einen über endseitige Schrägkugellager 3.1, 3.2 drehbar im Gehäuse 2 abgestützten, rotierend angetriebenen Differenzialkorb 4 mit einer diesen durchsetzenden Ausgleichsachse 5 für die auf der Achse 5 drehbar gelagerten, mit den abtriebsseitigen Ausgleichswellenrädern 6 kämmenden Ausgleichskegelräder 7. Über Keilverzahnungen 8 sind die Wellenräder 6 mit den im Gleitsitz 9 am Differenzialkorb 4 gelagerten, zum Zwecke des nachfolgend erläuterten Messvorgangs entfernten und daher nicht gezeigten Steckachsen des Achsgetriebes 1 antriebsschlüssig verbunden.
Die Lageranordnung, welche aus den Kugellagern 3, dem Differenzialkorb 4 und den in diesem enthaltenen Ausgleichskomponenten 5, 6 und 7 aus einem Material mit einem gegenüber dem Gehäuse 2 unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, ist zum Ausgleich von thermisch bedingten. Längenänderungen im Schiebesitz axial begrenzt beweglich zwischen gehäusefesten Anschlägen 10 angeordnet und durch eine zwischen dem Lageraußenring 11 des in der Fig. linken Kugellagers 3.1 und dem zugeordneten Anschlag 10 wirksame Tellerfeder 12 einseitig vorgespannt, wobei zur Einstellung der Federvorspannung Distanzscheiben 13 vorgesehen sind. Unter der Wirkung der Federkraft werden die Lageraußenringe 11 einschließlich der Distanzscheiben 13 in Axialrichtung reibschlüssig drehfest an die gehäusefesten Anschläge 10 angedrückt.
Zur Ermittlung der Federvorspannung wird die Feder-Lageranordnung 3 bis 9, 12 und 13 mit Hilfe einer Spanneinrichtung 14 druckkraftbeaufschlagt. Diese besteht aus einer hydraulisch betätigten Kolben-Zylindereinheit, deren Ringkolben 15 an den über den Anschlag 10 nach innen vorstehenden Abschnitt der federseitigen Distanzscheibe 13 angelegt wird und über diese und die Tellerfeder 12 auf den Lageraußenring 11 des Kugellagers 3.1 einwirkt. Mit dem Zylinder 16 der Spanneinrichtung 14 ist eine Zugstange 17 starr verbunden, die durch die Feder-Lageranordnung 3 ... 13 bis zum gegenüberliegenden Gehäuseende eingeschoben wird und zu diesem Zweck mit einem – in der Zeichnung um 90° gedreht dargestellten – Aufnahmeschlitz 18 für die Ausgleichsachse 5 versehen ist. Am freien Ende wird die Zugstange 17 durch eine Einstellmutter 19 und eine Druckscheibe 20 an den benachbarten Flanschabschnitt 21 des Differenzialkorbs 4 angelegt. Anschließend wird der Hydraulikdruck sukzessive gesteigert und zur Kontrolle der reibschlüssigen Verbindung des aus dem Lageraußenring 11 des Kugellagers 3.1, der Tellerfeder 12 und der Distanzscheibe 13 bestehenden Reibschlussverbunds mit dem gehäusefesten Anschlag 10 ein schwaches Drehmoment manuell (oder durch einen nicht gezeigten Aktuator) auf den Kolben 15 der Spanneinrichtung 14 ausgeübt. Sobald der Reibschluss verloren geht und sich der Lageraußenring 11 zusammen mit der Tellerfeder 12 und der Distanzscheibe 13 im Schiebesitz des Gehäuses 2 frei drehen lässt, wird der Hydraulikdruck an einem der Spanneinrichtung 14 zugeordneten Drucksensor 22 abgelesen. In diesem Moment wird die zuvor den Reibschluss bewirkende Vorspannkraft der Tellerfeder 12 vollständig von der Spanneinrichtung 14 aufgenommen, während sich die Federlänge gegenüber dem Einbauzustand nur minimal verringert hat. Der dann gemessene Hydraulikdruck, multipliziert mit der effektiven Kolbenfläche, entspricht daher mit hoher Genauigkeit dem Einbauwert der Federvorspannung.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Federvorspannung an einer im Schiebesitz zwischen gehäusefesten Anschlägen axial begrenzt beweglich geführten, unter der Wirkung der Federvorspannung drehfest an die Anschläge gedrückten Feder-Lageranordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Feder-Lageranordnung im Einbauzustand entgegen der Federkraft zunehmend druckkraftbeaufschlagt und die Druckkraft als Einbauwert der Federverspannung gemessen wird, sobald die Feder-Lageranordnung im Gehäuse frei drehbar wird.
Vorrichtung zur Ermittlung der Federverspannung an einer im Schiebesitz zwischen gehäusefesten Anschlägen axial begrenzt beweglich geführten, unter der Wirkung der Federverspannung drehfest an die Anschläge gedrückten Feder-Lageranordnung, gekennzeichnet durch eine an die Feder-Lageranordnung (3, 4, 12) im Einbauzustand drehschlüssig ansetzbare und diese beidseitig, entgegen der Federkraft zunehmend druckkraftbeaufschlagende Spanneinrichtung (14) mit einem dieser zugeordneten, bei einer freien Drehbarkeit des Verbunds aus Spanneinrichtung und Feder-Lageranordnung im Gehäuse (2) ein Messsignal zur Anzeige der Federverspannung erzeugenden Druckkraftsensor (22).
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Feder-Lageranordnung ein angestelltes Doppellager enthält, dessen einer Lageraußenring unter Zwischenlage der Vorspannfeder und dessen anderer Lageraußenring federfrei reibschlüssig an die gehäusefesten Anschläge angedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (14) einerseits unter Zwischenlage der Vorspannfeder (12) an den Lageraußenring (11) des einen Lagers (3.1) und andrerseits im Bereich des Lagerinnenrings des anderen Lagers (3.2) an die Feder-Lageranordnung (3, 4, 12) anlegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die beiden Lager der angestellten Lagerung durch einen an diesen gelagerten Differenzialkorb eines Kraftfahrzeug-Achsgetriebes voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (14) auf Seiten des federfrei am benachbarten Anschlag (10) abgestützten Lagers (3.2) des Doppellagers (3.1, 3.2) unmittelbar an den Differenzialkorb (4) anlegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (14) eine hydraulisch variabel druckbeaufschlagbare Kolben-Zylindereinheit mit einem Hydraulikdrucksensor (22) zur Ermittlung der Federvorspannung unter Berücksichtigung der Kolbenwirkfläche enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorspannfeder (12) eine Tellerfeder und zur Einstellung der Federvorspannung mindestens eine zwischen einem gehäusefesten Anschlag (10) und der Feder-Lageranordnung (3, 4, 12) einlegbare Distanzscheibe (13) vorgesehen ist.