DE10304719A1

DE10304719A1 - Automatic cardan shaft imbalance compensating unit for vehicle drives has balancing weights inside hollow shaft with control unit driven from electric power source

Info

Publication number: DE10304719A1
Application number: DE2003104719
Authority: DE
Inventors: Gerald Langer; Christof Linz
Original assignee: IFA Technologies GmbH
Current assignee: IFA Technologies GmbH
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: DE10304719B4

Abstract

An automatic cardan shaft imbalance compensating unit has two adjustment units (2, 4) in the hollow drive shaft (1) comprising drive shafts (13, 14) with balance masses (3, 5) an unbalance sensor (7) and control unit (6) driven from an electric power source (9) in the shaft.

Description

Automatische Auswuchteinrichtung in einer Antriebswelle und Verfahren zum Betreiben derselben Die Erfindung betrifft eine selbsttätig arbeitende Auswuchteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 30.Automatic balancing device in a drive shaft and method for operating the same The invention relates to an automatic Working balancing device according to the preamble of the claim 1 and a method for operating the same according to the preamble of claim 30.

Es ist hinlänglich bekannt, dass an rotierenden Gegenständen Unwuchten auftreten können und dass deren Beseitigung für die dauerhafte Nutzung dieses Gegenstandes sehr wichtig ist. So sind eine Vielzahl von Auswuchteinrichtungen und Auswuchtmethoden bekannt geworden, bei denen in der Regel auf den drehbaren Gegenstand eine zusätzliche Masse befestigt wird.It is well known that rotating objects Unbalance can occur and that their elimination for the permanent use of this item is very important. So are a variety of balancing devices and balancing methods become known, usually on the rotatable object an additional mass is attached.

Da das Auswuchten von drehbaren Gegenständen ein ganz allgemeines Problem in vielen Bereichen der Technik ist, offenbart die DE 37 42 149 A1 ganz allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht von Rotationskörpern. Derartige Rotationskörper sind gemäß dieser Druckschrift insbesondere schnell drehende Zentrifugen, bei denen eine Unwucht schnell zur Zerstörung der Zentrifuge führt. In dieser Druckschrift wird daher eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Unwucht eines rotierenden Elements durch drei Kraftmessdosen festgestellt wird, die radial nach außen weisend an der Drehachse der Zentrifuge befestigt sind. Die Ausgangssignale der Kraftmessdosen werden an eine mitrotierenden Elektronik weitergeleitet, die diese Sensorsignale auswertet und aufgrund dieser Sensorinformationen drei Stellmotoren ansteuert. Die Stellmotoren verfahren Ausgleichsgewichte radial oder sie verschieben den Rotationskörper insgesamt solange in eine Richtung, bis die Unwucht unter einen vorgewählten Grenzwert abgesunken ist.Since the balancing of rotatable objects is a very general problem in many areas of technology, the DE 37 42 149 A1 in general, a method and a device for compensating the imbalance of rotating bodies. According to this document, such rotary bodies are, in particular, rapidly rotating centrifuges, in which an imbalance quickly leads to the destruction of the centrifuge. In this document, therefore, a device is proposed in which an unbalance of a rotating element is determined by three load cells, which are attached to the axis of rotation of the centrifuge and point radially outward. The output signals of the load cells are passed on to rotating electronics, which evaluates these sensor signals and controls three servomotors based on this sensor information. The servomotors move balancing weights radially or move the rotating body in one direction until the unbalance has dropped below a preselected limit.

Außerdem zeigt die DE 21 48 832 A1 eine Vorrichtung zum Auswuchten von umlaufenden Körpern, wie beispielsweise eine auf einer Spindel befestigte Schleifscheibe. Diese Auswuchteinrichtung ist in einem Hohlwellenabschnitt der Spindel im Bereich der Schleifscheibe angeordnet und verfügt über zwei Stellmotoren, deren Drehachsen achsparallel zur Drehachse der Spindel ausgerichtet sind. Die Antriebswellen der Stellmotoren sind über jeweils einen Zahnradtrieb mit Auswuchtmassen verbunden, die halbkreisförmig ausgebildet sind.The also shows DE 21 48 832 A1 a device for balancing rotating bodies, such as a grinding wheel attached to a spindle. This balancing device is arranged in a hollow shaft section of the spindle in the area of the grinding wheel and has two servomotors whose axes of rotation are aligned axially parallel to the axis of rotation of the spindle. The drive shafts of the servomotors are each connected via a gear drive to balancing masses which are semicircular.

Diese Auswuchtmassen lassen sich durch die Stellmotoren in dem axialen Hohlraum der Spindel gegeneinander derart verdrehen, dass eine Unwucht ausgeglichen wird. Die Stellmotoren werden dazu über Schleifringe und Schleifbürsten mit einer elektrischen Spannung versorgt, die von einer außerhalb des axialen Hohlraumes angeordneten Steuerungseinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Über die Sensierung und Weiterverarbeitung von Unwuchtinformationen durch diese Unwuchtausgleichseinrichtung ist in der Druckschrift nichts offenbar.These balancing masses can be by the actuators in the axial cavity of the spindle against each other twist such that an imbalance is compensated. The servomotors be about this Slip rings and brushes supplied with an electrical voltage from an outside of the axial cavity arranged control device provided becomes. About the Sensing and further processing of unbalance information this unbalance compensation device is nothing in the document apparently.

Insbesondere bei Herstellung von Fahrzeugantriebswellen wie etwa Kardanwellen, tritt das technische Problem auf, dass die Wellenflansche (beispielsweise Dreiarmflansche) gelegentlich nicht genau im Schwerpunkt des Kardanwellenrohres befestigt werden. Der genannte Versatz ist dabei auf Materialdickendifferenzen des Kardanwellenrohres sowie auf die beim Anschweißen des Flansches entstehende Toleranzen, etwa durch eine ungenaue Positionierung des Flansches oder durch eine ungleiche Verteilung der Schweißnaht, zurückzuführen.Especially when manufacturing Vehicle drive shafts such as cardan shafts, the technical occurs Problem on that the shaft flanges (for example three-arm flanges) occasionally not fixed exactly in the center of gravity of the cardan shaft tube become. The offset mentioned is based on material thickness differences of the cardan shaft tube as well as on the welding of the Tolerances arising from the flange, for example due to inaccurate positioning of the flange or due to an uneven distribution of the weld seam.

Derartige Unwuchten können zwar bei der Kardanwellenherstellung weitgehend ausgewuchtet werden, dadurch wird aber nicht die Unwucht beseitigt, die bei einer Kopplung dieser Antriebswelle mit einem Fahrzeuggetriebe und einem Hinterachsdifferentialgetriebe in die Antriebswelle hineingetragen wird. Diese Unwuchten führen zu mechanischen Schwingungen, welche den Fahrkomfort und die Bauteillebensdauer erheblich beeinträchtigen.Such imbalances can are largely balanced during the production of cardan shafts, however, this does not eliminate the imbalance that occurs with a coupling this drive shaft with a vehicle transmission and a rear differential is carried into the drive shaft. These imbalances lead to mechanical vibrations, which improve driving comfort and component life significantly affect.

Zur Lösung dieses letztgenannten Problems wird beispielsweise bei der Produktion von Allrad-Kraftfahrzeugen die Auswuchtung des aus der Motor-Getriebe-Kombination, der Kardanwelle und dem Hinterachsdifferentialgetriebe bestehenden Antriebsstages derart vorgenommen, dass nach dem Zusammenbau der vorgenannten Teile die Unwucht ermittelt und dann gezielt Metallstücke an bestimmten Punkten auf die Oberfläche der Kardanwelle befestigt werden.To solve this latter Problems arise, for example, in the production of all-wheel drive motor vehicles the balancing of the cardan shaft from the engine-gearbox combination and the rear axle differential gear existing drive day made such that after the assembly of the aforementioned parts the unbalance is determined and then targeted metal pieces at certain points the surface the cardan shaft.

So zeigt die DE 41 02 572 A1 eine zweiteilige Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug, bei der wie geschildert zur Kompensation von Unwuchten gezielt Zusatzmassen auf die Oberfläche der Teilwellen befestigt sind. Wenngleich diese Auswuchtmethode durchaus funktioniert, so ist doch leicht verständlich, dass die Herstellung eines Fahrzeuges dadurch vergleichsweise aufwendig und teuer wird. Insbesondere sind zur Auswuchtung des dann vollständigen Antriebsstranges aufwendige Probeläufe auf einem Rollenprüfstand notwenig und ein Auswuchten nach Reparaturarbeiten in Kfz- Werkstätten ist aufgrund mangelnder Ausstattung in der Regel nicht möglich.So it shows DE 41 02 572 A1 a two-part drive shaft for a motor vehicle, in which, as described, additional masses are selectively attached to the surface of the partial shafts to compensate for imbalances. Although this balancing method works, it is easy to understand that it makes the production of a vehicle comparatively complex and expensive. In particular, complex test runs on a roller test bench are necessary to balance the drive train, which is then complete, and balancing after repair work in vehicle workshops is generally not possible due to a lack of equipment.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe an die Erfindung darin, eine in einer Hohlwelle anzuordnende Auswuchteinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben vorzustellen, mit denen die Antriebswelle vor und nach deren Einbau in einem Antriebsstrang selbsttätig auswuchtbar ist.Against this background, the Object of the invention is to be arranged in a hollow shaft Balancing device and a method for operating the same to introduce with which the drive shaft before and after its installation in a drive train automatically is balanced.

Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich für die Auswuchteinrichtung aus den Merkmalen des Hauptanspruchs und für das Verfahren aus den Merkmalen des Anspruchs 30, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.The solution of these tasks results for the balancing device from the features of the main claim and for the method from the features of claim 30, while advantageous developments and refinements of the invention can be found in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Auswuchteinrichtung ist demnach in einer hohlen Antriebswelle angeordnet und umfasst zwei Stelleinrichtungen, an deren Antriebswellen jeweils vorzugsweise halbkreisförmige Auswuchtmassen befestigt sind. Darüber hinaus sind bei dieser Auswuchteinrichtung innerhalb der Antriebswelle wenigstens ein Unwuchtsensor und eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung angeordnet, wobei letztere über wenigstens eine Sensorleitung mit dem Unwuchtsensor und über Steuerleitungen mit den beiden Stelleinrichtungen verbunden ist.The balancing device according to the invention is accordingly arranged in a hollow drive shaft and comprises two Actuators, preferably on the drive shafts semicircular Balancing masses are attached. In addition, at this Balancing device within the drive shaft at least one unbalance sensor and a control and regulating device arranged, wherein the latter about at least one sensor line with the unbalance sensor and via control lines is connected to the two actuators.

Im Unterschied zu den bekannten Auswuchteinrichtungen ist außerdem vorgesehen, dass in der Antriebswelle eine elektrische Energiequelle angeordnet ist, die die Stelleinrichtungen, die Steuerungs- und Regelungseinrichtung sowie ggf. der Unwuchtsensor direkt oder indirekt über elektri sche Versorgungsleitungen mit elektrischer Energie versorgt.In contrast to the known balancing devices is also provided that an electrical energy source in the drive shaft is arranged, the actuators, control and Control device and possibly the unbalance sensor directly or indirectly via electrical cal Supply lines supplied with electrical energy.

Diese erfindungsgemäße Auswuchteinheit stellt somit ein adaptives mechanisches System dar, welches eine Unwucht in einer Antriebswelle über zumindest einen Sensor erfasst, mit Hilfe einer Steuerungs- und Regelungselektronik auswertet und unter Einsatz von Stelleinrichtungen und Auswuchtmassen die Unwucht kompensiert. Die Auswuchteinheit ist dabei als Modul vollständig in die Antriebswelle einschiebbar bzw. integrierbar und arbeitet völlig autonom.This balancing unit according to the invention provides thus an adaptive mechanical system, which is an unbalance in a drive shaft over detected at least one sensor with the aid of a control and Control electronics evaluates and using control devices and balancing masses compensated for the unbalance. The balancing unit is complete as a module insertable and integrable into the drive shaft and works completely autonomous.

Vorteilhafterweise kann mit der autonomen Auswuchteinrichtung die Antriebswelle hinsichtlich ihres Wuchtverhaltens permanent oder vorzugsweise auch nur temporär automatisch überwacht und ausgewuchtet werden. Bei der Feststellung einer Unwucht wird diese sofort kompensiert.The autonomous balancing device can advantageously be used the drive shaft with regard to its balancing behavior permanently or preferably only temporarily automatically monitored and be balanced. When an imbalance is found this compensated immediately.

Die erfindungsgemäße Auswuchteinrichtung findet zwar ein besonders bevorzugtes Einsatzgebiet beim Auswuchten von einer in einen Antriebsstrang montierten Antriebswelle, vorzugsweise sogar einer Kardanwelle, jedoch kann diese auch in anderen Bereichen des Fahrzeug- und Maschinenbaus sowie der Konsumgüterindustrie überall dort mit Vorteil eingesetzt werden, wo ein selbsttätiges Auswuchten einer Antriebswelle zwingend notwenig oder auf arbeitstechnischen Gründen sinnvoll ist.The balancing device according to the invention takes place a particularly preferred area of application for balancing a drive shaft mounted in a drive train, preferably even a cardan shaft, but this can also be used in other areas of vehicle and mechanical engineering as well as the consumer goods industry everywhere can be used with advantage where automatic balancing of a drive shaft is absolutely necessary or useful for technical reasons.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtungen eine sehr große Selbsthemmung aufweisen, damit die Auswuchtmassen nach dem Abschalten des Antriebs der Stelleinrichtungen in ihrer Auswuchtposition verbleiben.In an advantageous embodiment the invention provides that the adjusting devices a very size Have self-locking, so that the balancing masses after switching off of the actuator drive remain in their balancing position.

Eine derartige Antriebsvorrichtung kann daher beispielsweise ein selbsthemmendes Getriebe umfassen. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stelleinrichtungen als Piezowanderwellenmotoren ausgebildet sind. Bei diesen Motoren ist im oder am Stator des Motors ein piezoelektrisches Material vorgesehen, das hochfrequent umlaufende Oberflächenwellen erzeugt. Diese Oberflächenwellen treten über einen Reibschluss mit dem Rotor des Antriebsmotors in Wechselwirkung und erzeugen so eine Drehbewegung, die zum Antrieb der Auswuchtmassen genutzt wird.Such a drive device can therefore include, for example, a self-locking transmission. In one embodiment of the invention it is provided that the Actuators are designed as piezo wave motor. In these motors there is a piezoelectric in or on the stator of the motor Material provided, the high-frequency revolving surface waves generated. These surface waves kick over a frictional interaction with the rotor of the drive motor and thus generate a rotary movement that drives the balancing masses is being used.

Das Haltemoment eines in einem Versuchsaufbau zu der Auswuchteinrichtung eingesetzten Piezowanderwellenmotors betrug 0,1 Nm, wenngleich ein Wertebereich von 1 Nm bis 0,01 Nm sinnvoll erscheint. Die für eine einsatzfähige autonome Auswuchteinrichtung sinnvollen Spezifikationen sind von der maximalen Wellendrehzahl sowie von den Gewichten der Ausgleichsmassen abhängig und vom Fachmann für den konkreten Anwendungsfall ermittelbar.The holding torque of one in an experimental setup Piezowanderwellemotor used for the balancing device was 0.1 Nm, although a range of values from 1 Nm to 0.01 Nm seems reasonable. The for an operational Autonomous balancing device reasonable specifications are from the maximum shaft speed and the weights of the balancing masses dependent and from the specialist for the specific application can be determined.

Es ist aber auch möglich, anstatt des Piezowanderwellenmotors eine konventionelle Motor-Getriebe-Kombination zu nutzen, die einerseits ausreichend genau Winkeleinstellbar ist und zudem eine ausreichend hohe Haltemoment gewährleistet.But it is also possible instead of the piezo wave motor is a conventional motor-gear combination to use, which on the one hand can be adjusted with sufficient accuracy and also ensures a sufficiently high holding torque.

Zudem wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Stelleinrichtungen im Drehmittelpunkt der Antriebswelle angeordnet sind.It is also considered advantageous if the actuators are arranged in the center of rotation of the drive shaft are.

Die Auswuchteinrichtung umfasst in einer Weiterbildung der Erfindung zudem ein stabiles Traggerüst mit Quer- und Längsstreben, an denen die Stelleinrichtungen, der Unwuchtsensor, die Steuerungs- und Regelungseinrichtung sowie die Energiequelle und alle Sensor-, Energieversorgungs- und Steuerleitungen befestigt sind. Durch diesen Aufbau ist die Auswuchteinrichtung als komplette Baugruppe direkt in die auszuwuchtende hohle Antriebswelle einschiebbar und dort verriegelbar. Die stabile Rahmenkonstruktion des Traggerüsts ist in der Lage, alle während der Auswuchtphase und während des Betriebes der Antriebswelle auftretenden mechanischen Belastungen abzufangen und in die Welle einzuleiten.The balancing device includes in a development of the invention also a stable support structure with transverse and longitudinal struts, where the actuators, the unbalance sensor, the control and control device as well as the energy source and all sensor, Power supply and control lines are attached. Through this The balancing device is a direct assembly as a complete assembly insertable into the hollow drive shaft to be balanced and there lockable. The stable frame construction of the supporting structure is able to all during during the balancing phase and during the operation of the drive shaft occurring mechanical loads intercept and initiate into the shaft.

So verfügt die Auswuchteinrichtung auch bevorzugt an den radialen Enden ihrer Querstreben über Befestigungsmittel, die einerseits ein Einschieben der Einrichtung in den Hohlraum der Antriebswelle ermöglichen, und andererseits für einen dauerhaft drehfesten Sitz der Auswuchteinrichtung in der Antriebswelle sorgen. Dazu sind die Befestigungsmittel als radial federbelastete Stifte ausgebildet, die in einer Arretierungsposition in Vertiefungen in der Welleninnenwand eingreifen, so dass die Auswuchteinrichtung vorzugsweise unverrückbar in der Antriebswelle verankert ist.So the balancing device also preferably at the radial ends of their cross struts via fastening means, on the one hand inserting the device into the cavity of the Enable drive shaft and on the other hand for a permanently non-rotating seat of the balancing device in the drive shaft to care. For this purpose, the fasteners are radially spring-loaded Pins formed in a locking position in recesses engage in the inner wall of the shaft so that the balancing device preferably immovable is anchored in the drive shaft.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Auswuchteinrichtung ist vorgesehen, dass die Auswuchtmassen bevorzugt halbkreisförmig ausgebildet sind. Zudem sollte deren Masse so gewählt sein, dass die maximal erreichbare Kompensationsunwucht größer als die Summe aller auftretenden Unwuchten in der Antriebswelle ist.In a further embodiment of the Balancing device according to the invention it is provided that the balancing masses are preferably semicircular are. In addition, their mass should be chosen so that the maximum achievable compensation unbalance greater than the sum of all occurring There is imbalance in the drive shaft.

Der Unwuchtsensor wird ganz allgemein dazu genutzt, die Größe der Exzentrizität einer auf oder an der Antriebswelle befindlichen Flanschmasse zu ermitteln. So kann vor gesehen sein, dass dieser Unwuchtsensor koaxial zur Längsachse der Antriebswelle angeordnet und/oder an dem Traggerüst der Auswuchteinrichtung befestigt ist.The unbalance sensor is generally used to determine the size of the eccentricity of a flange mass located on or on the drive shaft. So it can be seen that the Water imbalance sensor is arranged coaxially to the longitudinal axis of the drive shaft and / or is attached to the supporting frame of the balancing device.

Ein solcher Unwuchtsensor umfasst in einer ersten Ausführungsform einen Sensorgrundkörper, an dem achsparallel zu der Längsachse der Antriebswelle rotationssymmetrisch versetzt Federbleche befestigt sind. An den freien Enden dieser Federbleche sind Zusatzmassen befestigt, so dass die Federbleche bei einer Drehung der Antriebswelle aufgrund der entstehenden Zentrifugal- und Unwuchtkräfte radial nach außen verbogen werden.Such an unbalance sensor comprises in a first embodiment a sensor body the axis parallel to the longitudinal axis the drive shaft rotationally symmetrically offset spring plates attached are. Additional masses are attached to the free ends of these spring plates, so that the spring washers due to rotation of the drive shaft the resulting centrifugal and unbalance forces are bent radially outwards become.

Auf der Oberfläche der Federbleche angeordnete Dehnungsmessstreifen erfassen die unwuchtbedingt unterschiedliche Verbiegungen der Federbleche und geben ihre Sensorinformation an die Steuerungs- und Regelungseinrichtung zur Auswertung weiter. Diese Federbleche sind vorzugsweise jeweils um 90° versetzt rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse dem Sensorgrundkörper angeordnet, wobei auf den dann vier Federblechen jeweils zwei Dehnungsmessstreifen befestigt sind. Durch diese Sensoranordnung lässt sich mit vergleichsweise einfachen Mitteln der Betrag und der Ort der Unwucht in der Antriebswelle ermitteln.Arranged on the surface of the spring washers Strain gauges record the different ones due to unbalance Bends of the spring plates and give their sensor information the control and regulation device for evaluation. These spring plates are preferably offset by 90 ° arranged rotationally symmetrically to the axis of symmetry of the sensor body, wherein then two strain gauges on each of the four spring plates are attached. With this sensor arrangement, it can be compared simple means the amount and location of the imbalance in the drive shaft determine.

In einer anderen Variante kann der Unwuchtsensor als ein an sich bekannter Biegebalkensensor ausgebildet sein, oder induktive und kapazitive Bescheunigungssensoren in Form von integrierten Schaltkreisen umfassen.In another variant, the Imbalance sensor designed as a bending beam sensor known per se be, or inductive and capacitive acceleration sensors in the form of integrated circuits.

Ein anderer Unwuchtsensor ist so ausgebildet, dass in einer kreisförmigen Kammer des Sensorgehäuses oder der auszuwuchtenden Antriebswelle ein viskoses elektrisch leiten des oder dielektrisches Medium in einer Menge eingefüllt ist, die diese Kammer nicht vollständig auffüllt. Darüber hinaus erstreckenden sich von der Kammeraußenwand radial nach innen weisend vorzugsweise vier Elektrodenpaare, die umfangssymmetrisch zueinander angeordnet sind. Durch den Benetzungsgrad der jeweiligen Elektroden durch das Medium ändert sich der elektrische Widerstand zwischen der zwei Elektroden, so dass die Filmdicke des Mediums am Elektrodenort und damit die Unwucht der Antriebswelle ermittelbar ist.Another imbalance sensor is like this formed that in a circular chamber of the sensor housing or of the drive shaft to be balanced viscous electrically conduct the or dielectric medium is filled in an amount that this chamber does not Completely fills. About that extend radially inward from the chamber outer wall preferably four pairs of electrodes that are circumferentially symmetrical to one another are arranged. By the degree of wetting of the respective electrodes through the medium changes the electrical resistance between the two electrodes, so that the film thickness of the medium at the electrode location and thus the unbalance the drive shaft can be determined.

Die Steuerungs- und Regelungseinrichtung ist bevorzugt als programmierbarer Mikrocomputer ausgebildet, wenngleich auch eine Schaltung mit diskreten Bauelementen möglich erscheint. In eine solche erstgenannte Steuerungs- und Regelungseinrichtung sind Datenverarbeitungsprogramme abgespeichert, mit deren Hilfe die Sensordaten selbsttätig erfasst und aus diesen die Richtung und die Größe der Unwucht ermittelt wird.The control and regulation device is preferably designed as a programmable microcomputer, albeit a circuit with discrete components also appears possible. In one The first-mentioned control and regulation device are data processing programs stored, with the help of which the sensor data is recorded automatically and the direction and the size of the unbalance are determined from these.

Darüber hinaus ist die Steuerungs- und Regelungseinrichtung in der Lage, aus der Richtung und der Größe der Unwucht Stellgrößen für die Stelleinrichtungen zu errechnen und die Stelleinrichtungen derartig anzusteuern, dass diese die Auswuchtmassen solange gezielt gegeneinander verdrehen, bis die Unwucht beseitigt ist.In addition, the control and control device capable of the direction and size of the unbalance Control variables for the control devices to be calculated and the control devices controlled in such a way that they specifically rotate the balancing masses against each other, until the imbalance is removed.

Die Energieversorgungseinrichtung der Auswuchteinrichtung ist in einer anderen bevorzugten Ausbildung der Erfindung als elektrische Batterie oder als wieder aufladbarer Akkumulator ausgebildet, deren Kapazität wenigstens für ein einmaliges Auswuchten der Antriebswelle ausreicht.The energy supply facility the balancing device is in another preferred embodiment the invention as an electric battery or as a rechargeable Accumulator designed, the capacity at least for a single balancing the drive shaft is sufficient.

In einer anderen Variante der Erfindung kann die Energieversorgungseinrichtung der Auswuchteinrichtung auch eine Schwungrad-Generator-Einheit mit einer wiederholt aufladbaren Batterie umfassen. Mit dieser nach dem Dynamoprinzip arbeitenden Energieversorgungseinrichtung wird das Trägheitsmoment eines innerhalb der Antriebswelle angeordneten Generatorschwungrades während des Auftretens von Drehzahländerungen zur Stromerzeugung genutzt.In another variant of the invention can also the energy supply device of the balancing device a flywheel generator unit with a repeatedly rechargeable Include battery. With this working according to the dynamo principle Energy supply device is the moment of inertia within one the drive shaft arranged generator flywheel during the Occurrence of speed changes used to generate electricity.

Die Regelung eines automatisch ablaufenden Auswuchtvorgangs erfolgt derart, dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung aus den Signalen des Unwuchtsensors einen ersten Unwucht-Istwert errechnet, abspeichert und mit einem abgespeicherten Unwucht-Sollwert vergleicht und dass anschließend in Abhängigkeit von diesem Soll-Ist-Vergleich durch Betätigung einer ersten Stelleinrichtung die Position einer ersten Auswuchtmasse in der Antriebswelle um einen errechneten oder vorgegebenen Wert verändert wird.The regulation of an automatically running Balancing takes place in such a way that the control and regulating device a first actual unbalance value is calculated from the signals from the unbalance sensor, saved and compared with a stored unbalance setpoint and that afterwards dependent on of this target-actual comparison by actuating a first actuating device the position of a first balancing mass in the drive shaft a calculated or specified value is changed.

Sodann wird die Drehrichtung der ersten Stelleinrichtungsbetätigung gespeichert, anschließend der aktuelle Unwucht-Istwert gemessen und mit dem abgespeicherten Unwucht-Sollwert sowie dem vorherigen Unwucht-Sollwert verglichen. Bei einer Verringerung der Unwucht wird die zweite Stelleinrichtung zur Positionsverstellung der zweiten Auswuchtmasse betätigt und sodann der Unwucht-Istwert erneut ermittelt. Bei einer Vergrößerung der Unwucht wird die zweite Stelleinrichtung erneut, aber in die entgegengesetzte Richtung betätigt und dieses Verfahren solange wiederholt, bis der aktuelle Unwucht-Sollwert den vorgegebenen Unwucht-Sollwert erreicht oder unterschreitet.Then the direction of rotation of the first actuating device actuation saved, then the current unbalance actual value measured and with the saved Unbalance setpoint as well as the previous unbalance setpoint. With a decrease the unbalance becomes the second position adjustment device the second balancing mass operated and then the actual unbalance value is determined again. When enlarging the The second actuator is imbalanced again, but in the opposite direction Direction actuated and repeats this procedure until the current unbalance setpoint reached the specified unbalance setpoint or falls below.

Hinsichtlich eines solchen in der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung ablaufenden Steuerungsverfahrens ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung zum Auswuchten der Antriebswelle erst dann erstmalig aktiviert wird, wenn die Antriebswelle in einem Antriebsstrang eingebaut ist.With regard to such in the Control and regulation device running control method it is preferably provided that the control and regulating device for balancing the drive shaft is only activated for the first time when the drive shaft is installed in a drive train.

Diese Vorgehensweise ist deshalb von Vorteil, da dadurch die Auswuchteinrichtung schon bei dem Hersteller der Antriebswelle in diese fest eingebaut und eine erste Auswuchtung der Antriebswelle samt Auswuchteinrichtung in Alleinstellung vorgenommen werden kann, ohne dass die autonom arbeitende Auswuchteinrichtung schon jetzt ihre Arbeit aufnimmt. Wenn die Antriebswelle dann später beispielsweise in einem Allradfahrzeug mit einem Schaltgetriebe und einem Hinterachsdifferentialgetriebe verbunden wird, kann die Auswuchteinrichtung während des Betgriebs des Antriebsstrangs seine Auswuchtarbeit durchführen.This procedure is advantageous because it enables the balancing device to be permanently installed in the drive shaft manufacturer, and the drive shaft and the balancing device can be balanced on their own without the autonomously operating balancing device already starting to work. If the drive shaft is later connected, for example in an all-wheel-drive vehicle, to a manual transmission and a rear-axle differential gear, the balancing device can carry out its balancing work while the drive train is in operation.

Der erste Auswuchtvorgangs lässt sich von dem zweiten Auswuchtvorgang durch die Steuerungs- und Regelungseinrichtung beispielsweise dadurch unterschieden, dass die von dem Sensor zweimal festgestellte Unwucht beim ersten Mal ignoriert wird und erst das beim späteren zweiten Drehen der Antriebswelle erzeugte Unwuchtsignal zum Auslösen des autonomen Auswuchtvorgangs genutzt wird.The first balancing process can be from the second balancing process by the control and regulating device differed, for example, in that the sensor two times detected unbalance is ignored the first time and only that at later second rotation of the drive shaft generated unbalance signal to trigger the autonomous balancing process is used.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung zum Auswuchten der in einen Antriebsstrang eingebauten Antriebswelle nur einmal aktiviert wird. Durch diese Verfahrensweise lässt sich die elektrische Kapazität der in der Auswuchteinrichtung integrierten Energieversorgungseinrich tung vergleichsweise klein halten. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die autonom arbeitende Auswuchteinrichtung auch zu späteren Betriebszeitpunkten erneut für Auswuchtvorgänge aktiviert wird.In another training of the The invention provides that the control and regulating device for balancing the drive shaft installed in a drive train is activated only once. This procedure allows the electrical capacity the energy supply device integrated in the balancing device keep it comparatively small. However, it is not excluded that the autonomously working balancing device also at later operating times again for balancing operations is activated.

Die Erfindung lässt sich am besten anhand von Ausführungsbeispielen und mit der beigefügten Zeichnung erläutern. Darin zeigenThe invention can best be understood from embodiments and with the attached drawing explain. Show in it

1 einen schematischen Querschnitt durch eine hohle Antriebswelle mit einer daran angeordneten autonom arbeitende Auswuchteinrichtung, 1 2 shows a schematic cross section through a hollow drive shaft with an autonomously operating balancing device arranged thereon,

2 eine schematische Darstellung eines ersten Unwuchtsensors für die Auswuchteinrichtung gemäß 1, und 2 a schematic representation of a first imbalance sensor for the balancing device according to 1 , and

3 eine schematische Ansicht eines zweiten Unwuchtsensors, der in der Auswuchteinrichtung gemäß 1 verwendbar ist. 3 is a schematic view of a second imbalance sensor, according to the balancing device 1 is usable.

Bei der in 1 dargestellten Antriebswelle 1 handelt es sich um eine Kardan- oder Gleichlaufgelenkwelle, die in einen Antriebsstrang eines Allrad-Fahrzeuges eingebaut ist. Zur übersichtlicheren Darstellung der erfindungsgemäßen Auswuchteinrichtung sind die rechts- und linksseitig an dem in 1 dargestellten Wellenabschnitt anschließenden Wellenbereiche nicht dargestellt.At the in 1 shown drive shaft 1 is a cardan shaft or constant velocity universal joint shaft that is installed in a drive train of an all-wheel drive vehicle. For a clearer representation of the balancing device according to the invention, the right and left sides of the in 1 shown wave section subsequent wave areas not shown.

Die Auswuchteinrichtung besteht in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung zunächst aus einem Traggerüst, das aus miteinander verbundenen Querstreben 15 und Längsstreben 8, 12 aufgebaut ist. Die Querstreben 15 verfügen an ihren zur Welleninnenwand weisenden Enden über Befestigungsmittel 10, 11, die hier als nicht weiter dargestellte federbelastete und radial ausgerichtete Stifte ausgebildet sind. Diese Stifte greifen in die Vertiefungen 16 in der Innenwand der Antriebswelle 1 ein und verankern so das Traggerüst 8, 12, 15 nach dessen Einschieben in die Antriebswelle 1 in dieser.In this exemplary embodiment of the invention, the balancing device consists first of all of a supporting structure which consists of cross struts connected to one another 15 and longitudinal struts 8th . 12 is constructed. The cross braces 15 have fasteners at their ends facing the inner wall of the shaft 10 . 11 , which are designed here as spring-loaded and radially aligned pins, not shown. These pins engage in the recesses 16 in the inner wall of the drive shaft 1 and anchor the scaffolding 8th . 12 . 15 after it is inserted into the drive shaft 1 in this.

An den Querstreben 15 sind zwei als Stellmotoren ausgebildete Stelleinrichtungen 2, 4 befestigt, deren Drehachsen im wesentlichen koaxial zur Längsachse der Antriebswelle 1 ausgerichtet sind. Die Stelleinrichtungen 2, 4 verfügen über Antriebswellen 13, 14, an deren freien Enden jeweils eine Auswuchtmasse 3, 5 befestigt ist. Diese Auswuchtmassen 3, 5 sind hier halbkreisförmig ausgebildet, wobei die Angriffspunkte der Antriebswellen 13, 14 in Zentrum eines vollendeten Kreises der Auswuchtmassen 3, 5 liegen.On the cross struts 15 are two actuators designed as servomotors 2 . 4 attached, the axes of rotation substantially coaxial with the longitudinal axis of the drive shaft 1 are aligned. The actuators 2 . 4 have drive shafts 13 . 14 , a balancing mass at each of the free ends 3 . 5 is attached. These balancing masses 3 . 5 are semicircular here, the points of attack of the drive shafts 13 . 14 in the center of a perfect circle of balancing masses 3 . 5 lie.

Darüber hinaus zeigt 1, dass ein Unwuchtsensor 7 an einer der Querstreben 15 derartig befestigt ist, dass dessen Längsachse koaxial zu der Längsachse der Antriebswelle 1 ausgerichtet ist. An dem gegenüberliegenden Ende des Traggerüsts 8, 12, 15 ist schließlich eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung 6 befestigt, an der eine elektrische Batterie aufgesteckt ist. Diese Steuerungs- und Regelungseinrichtung 6 ist über nicht dargestellte Steuerungsleitungen mit den beiden Stelleinrichtungen 2, 4 sowie über mindestens eine Sensorleitung mit dem Unwuchtsensor 7 verbunden.It also shows 1 that an unbalance sensor 7 on one of the cross struts 15 is attached such that its longitudinal axis is coaxial with the longitudinal axis of the drive shaft 1 is aligned. At the opposite end of the scaffold 8th . 12 . 15 is, after all, a control and regulation device 6 attached to which an electric battery is attached. This control device 6 is via control lines, not shown, with the two actuators 2 . 4 and at least one sensor line with the unbalance sensor 7 connected.

Diese autonome Auswuchteinrichtung arbeitet unabhängig von äußeren Sensoren, Energieversorgungs- oder Steuerungs- und Regelungseinrichtungen vereinfacht dargestellt nun so, dass beim Drehen der Antriebswelle 1 auftretende Unwuchten von dem Sensor 7 erkannt und der Steuerungs- und Regelungseinrichtung mitgeteilt werden. Diese Steuerungs- und Regelungseinrichtung verarbeitet die Sensorinformationen derart, dass Stellgrößen für die Stelleinrichtungen 2, 4 errechnet, diesbezügliche Stellbefehle erzeugt und an die Stelleinrichtungen geleitet werden.This autonomous balancing device works independently of external sensors, energy supply or control and regulation devices, shown in simplified form so that when the drive shaft rotates 1 imbalance occurring from the sensor 7 recognized and communicated to the control and regulation device. This control and regulation device processes the sensor information in such a way that manipulated variables for the actuating devices 2 . 4 calculated, related control commands are generated and sent to the control devices.

Während der Betätigung der Stelleinrichtungen wird von dem Unwuchtsensor 7 ständig die sich verändernde Unwucht ermittelt und der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 6 mitgeteilt. Diese erzeugt dann weitere Stellbefehle für die Stelleinrichtungen 2, 4 oder ermittelt eine ausreichende Beseitigung der Unwucht. Das Ziel der Regelung besteht demnach in der Minimierung einer Unwucht, die unter einer vorgegebenen Restunwuchtgrenze gehalten werden soll.During the actuation of the adjusting devices, the unbalance sensor 7 the changing unbalance is continuously determined and the control and regulation device 6 communicated. This then generates further control commands for the control devices 2 . 4 or determines a sufficient correction of the unbalance. The aim of the regulation is therefore to minimize an unbalance that is to be kept below a predetermined residual unbalance limit.

Im Detail sieht das Steuerungs- und Regelungsverfahren vor, dass die Unwucht der Antriebswelle 1 gemessen und auf ein Überschreiten eines vorgewählten Unwucht-Sollwertes überprüft wird. Sofern der maximal zulässige Unwucht-Sollwert überschritten ist, wird durch Ansteuerung einer der beiden Stelleinrichtungen 2, 4 die Unwucht der Antriebswelle 1 in einem ersten Schritt durch Verdrehen einer der beiden Auswuchtmassen 3, 5 verändert. Verkleinert sich der zuvor festgestellte Unwucht-Istwert, so wird die Bewegungsrichtung der zuletzt betätigten Stelleinrichtung gespeichert und die zweite Stelleinrichtung zur Verdrehung der zweiten Auswuchtmasse angesteuert. Vergrößert sich der neu gemessene Unwucht-Istwert dagegen, so wird dieselbe Stelleinrichtung erneut, aber mit umgekehrter Bewegungsrichtung betätigt. Durch Fortsetzung dieses Regelungsverfahrens nähert sich der Unwucht-Istwert dem durch den Unwucht-Sollwert gekennzeichneten tolerierbaren Restunwuchtwert an, ab dessen Erreichen der Auswuchtvorgang abgeschlossen wird.In detail, the control and regulation procedure provides that the unbalance of the drive shaft 1 measured and checked for exceeding a preselected unbalance setpoint. If the maximum permissible unbalance setpoint is exceeded, one of the two control devices is activated 2 . 4 the unbalance of the drive shaft 1 in a first step by turning one of the two balancing masses 3 . 5 changed. If the previously determined actual unbalance value decreases, the direction of movement of the last actuating device is stored and the second actuating device is actuated to rotate the second balancing mass. If, on the other hand, the newly measured actual unbalance value increases, the same actuating device is actuated again, but with the opposite direction of movement. By continuing this control method, the actual unbalance value approaches that caused by the unbalance setpoint indicates tolerable residual unbalance value, after which the balancing process is completed.

Zur Ermittlung der Unwucht ist die erfindungsgemäße Auswuchteinrichtung wie bereits erwähnt mit einem Unwuchtsensor 7 ausgestattet, dessen Aufbau unterschiedlichen Messprinzipien folgen kann. In einer in 2 gezeigten ersten Variante besteht der Unwuchtsensor aus einem Sensorzentralkörper 27, der koaxial zur Längsachse der Antriebswelle 1 an einer der Querstreben 15 des Traggerüsts befestigt ist. An diesem Sensorgrundkörper 27 sind vorzugsweise vier solcher Federbleche 28, 29 um jeweils 90° versetzt und achsparallel zur erwähnten Wellenlängsachse befestigt. An den freien Enden dieser Federbleche 28, 29 sind vorzugsweise Zusatzmassen 30, 31 befestigt, die dafür sorgen, dass die Federbleche 28, 29 bei einer geringen Drehzahl der Antriebswelle 1 aufgrund der Zentrifugal- und Unwuchtkräfte ausreichend radial ausgelenkt werden.To determine the unbalance, the balancing device according to the invention is, as already mentioned, with an unbalance sensor 7 equipped, the structure of which can follow different measuring principles. In one in 2 As shown in the first variant, the unbalance sensor consists of a central sensor body 27 , which is coaxial to the longitudinal axis of the drive shaft 1 on one of the cross struts 15 the supporting structure is attached. On this sensor body 27 are preferably four such spring plates 28, 29 offset by 90 ° and attached axially parallel to the mentioned longitudinal axis. At the free ends of these spring plates 28 . 29 are preferably additional masses 30 . 31 attached, which ensure that the spring washers 28 . 29 at a low speed of the drive shaft 1 are deflected sufficiently radially due to the centrifugal and unbalance forces.

Die Auslenkung der Federbleche 28, 29 wird mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen 31, 32 gemessen, von denen wenigstens jeweils einer auf der Oberfläche der Federbleche 28, 29 befestigt ist. Diese Dehnungsmessstreifen 31, 32 sind vorzugsweise jeweils zu einer Messbrücke verschaltet, deren Ausgangssignal proportional zu der Verbiegung der jeweiligen Federbleche ist. Dieses Ausgangssignal steht dann anschließend der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 6 zur Verfügung, die über wenigstens eine Sensorleitung mit diesem Unwuchtsensor 7 verbunden ist.The deflection of the spring plates 28 . 29 with the help of strain gauges 31 . 32 measured, of which at least one each on the surface of the spring plates 28 . 29 is attached. These strain gauges 31 . 32 are preferably each connected to a measuring bridge, the output signal of which is proportional to the bending of the respective spring plates. This output signal is then available to the control and regulating device 6 available with at least one sensor line with this unbalance sensor 7 connected is.

3 zeigt eine weitere Variante eines Unwuchtsensors 7 für die Auswuchteinrichtung. Dieser Unwuchtsensor besteht aus einer teilweise mit einer Flüssigkeit 26 gefüllten Kammer 25, die innerhalb der Antriebswelle 1 oder in einem gesonderten Sensorgehäuse ausgebildet ist. Die Flüssigkeit 26 kann ein Dielektrikum oder aber auch eine elektrisch leitende Flüssigkeit sein. In diese Kammer 25 ragen vorzugsweise um jeweils 90° versetzt vier Paare von Elektroden 17, 18; 19, 20; 21, 22 und 23, 24 radial hinein, deren Oberflächen von der Flüssigkeit 26 zumindest teilweise benetzt wird. Bei einer Drehung der Antriebswelle 1 verlagert sich die Flüssigkeit 26 radial nach außen zur Innenwand der Antriebswelle 1 oder des hier nicht dargestellten Sensorgehäuses. 3 shows a further variant of an unbalance sensor 7 for the balancing device. This unbalance sensor consists of a partially with a liquid 26 filled chamber 25 that are inside the drive shaft 1 or is formed in a separate sensor housing. The liquid 26 can be a dielectric or an electrically conductive liquid. In this chamber 25 four pairs of electrodes preferably protrude by 90 ° 17 . 18 ; 19 . 20 ; 21 . 22 and 23 . 24 radially inward, their surfaces from the liquid 26 is at least partially wetted. When the drive shaft rotates 1 the liquid shifts 26 radially outwards to the inner wall of the drive shaft 1 or the sensor housing, not shown here.

Wie 3 veranschaulicht, bildet sich dabei in Abhängigkeit von der vorherrschenden Wellenunwucht ein mehr oder weniger dicker Flüssigkeitsfilm an der Welleninnenwand aus, der einen unterschiedlich großen elektrischen Widerstand zwischen jeweils zwei Elektroden eines Elektrodenpaares entstehen lässt. Durch eine geschickte zeitweilige Potentialumschaltung zwischen zwei zueinander benachbarten Elektroden 17, 24 von zwei unterschiedlichen Elektrodenpaaren 17, 18 bzw. 23, 24 durch die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 6 lässt sich zusätzlich auch eine Information über die Flüssigkeitsfilmdicke zwischen zwei solchen Elektrodenpaaren ermitteln. Die Messwerte dieser Elektroden 17, 18; 19, 20; 21, 22 werden der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 6 zugeleitet, die daraus mittels geeigneter Auswerteverfahren die gerade vorherrschende Unwucht der Antriebswelle bzw. des Antriebsstranges ermittelt und die Stelleinrichtungen 2, 4 zum Verdrehen der Auswuchtmassen 3, 5 betätigt.How 3 illustrated, depending on the prevailing shaft imbalance, a more or less thick liquid film forms on the inner wall of the shaft, which creates a different electrical resistance between two electrodes of a pair of electrodes. Through a clever temporary switchover of potential between two adjacent electrodes 17 . 24 of two different pairs of electrodes 17 . 18 respectively. 23, 24 by the control and regulation device 6 information about the liquid film thickness between two such electrode pairs can also be determined. The measured values of these electrodes 17 . 18 ; 19 . 20 ; 21 . 22 become the control and regulation device 6 supplied, which determines the prevailing imbalance of the drive shaft or the drive train and the actuating devices from this by means of suitable evaluation methods 2, 4 for rotating the balancing masses 3 . 5 actuated.

Zur Überprüfung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen autonom arbeitenden Auswuchteinrichtung wurden theoretische und praktische Untersuchungen durchgeführt. So wurde für einen Versuch mit einer vorgegebenen realen Antriebswelle mit einer Biegeeigenfrequenz von 96 Hz eine maximale Wellendrehzahl von 3100 U/min, eine maximale Unwucht von 114 gcm, eine maximal zulässigen Restunwucht und eine maximale Winkelbeschleunigung der Welle von 35/s² sowie eine bestimmte Kompensationsunwucht festgelegt.To check the properties of the autonomously operating balancing device according to the invention, theoretical and practical studies were carried out. For a test with a given real drive shaft with a natural bending frequency of 96 Hz, a maximum shaft speed of 3100 rpm, a maximum unbalance of 114 gcm, a maximum permissible residual unbalance and a maximum angular acceleration of the shaft of 35 / s ² as well as a certain Compensation unbalance set.

Die Sensorik des Versuchsaufbaus bestand aus vier um 90° gegeneinander versetzte Blattfedern, an deren Enden Zusatzmassen befestigt waren. Zudem trugen die Blattfedern jeweils zwei Dehnungsmessstreifen mit nachgeordneter Brückenschaltung zur Bestimmung der Differenz der horizontalen beziehungsweise vertikalen Auslenkung gegenüberliegender Blattfedern.The sensors of the experimental setup consisted of four 90 ° against each other offset leaf springs, at the ends of which additional masses were attached. In addition, the leaf springs each carried two strain gauges downstream bridge circuit for Determination of the difference of the horizontal or vertical Deflection opposite Leaf springs.

Zur Signalverarbeitung sowie Steuerung und Regelung des Auswuchtvorgangs wurde ein digitaler Signalprozessor mit 16Bit-AD-Wandler und einem Abtastzyklus von 1 ms genutzt.For signal processing and control and control of the balancing process was a digital signal processor used with 16-bit AD converter and a sampling cycle of 1 ms.

Die Aktuatorik bestand aus zwei Kompensationsunwuchtmassen, die auf den Antriebswellen von zwei Stellmotoren befestigt waren. Das stromlose Haltemoment dieser Stellmotoren war größer oder gleich 0,1 Nm, während das Antriebsmoment 0,03 Nm betrug und sich die Motordrehzahl von 30 bis 250 U/min regeln ließ. Beide Stellmotoren wurden symmetrisch zum Drehmittelpunkt der Antriebswelle angeordnet.The actuator system consisted of two compensation unbalanced masses, which were attached to the drive shafts of two servomotors. The currentless holding torque of these servomotors was greater or equal 0.1 Nm while the drive torque was 0.03 Nm and the engine speed of 30 to 250 rpm regulated. Both actuators became symmetrical to the center of rotation of the drive shaft arranged.

Ein mit diesem Testaufbau durchgeführter automatisch Kardanwellenauswuchtvorgang benötigte bei einer Primärunwucht von 25 gcm Ausregelzeiten von maximal 60 Sekunden. Eine Restunwucht konnte auch mit Hilfe von piezoelektrischen Beschleunigungssensoren nicht mehr festgestellt werden.An automatic carried out with this test setup Cardan shaft balancing process needed with a primary imbalance 25 gcm settling times of maximum 60 seconds. A residual unbalance could not even with the help of piezoelectric acceleration sensors can be determined more.

Die Durchführung der Versuche hat gezeigt, dass die Herstellung einer Antriebswelle mit integrierter autonom arbeitender Auswuchteinrichtung eine Nullpunktjustierung der Sensorik erfordert, da die durch die Unwucht hervorgerufene Exzentrizität geringer ist als diejenige, die durch Toleranzen beim Einbau des Sensors bzw. der kompletten Auswuchteinrichtung auftreten kann. Daher sollte eine mittenzentrierte und feste Verbindung mit dem Kardan- oder Antriebswellenflansch (z. B. Dreiarmflansch) der Antriebswelle vorgesehen sein.The implementation of the tests has shown that the production of a drive shaft with integrated autonomously working Balancing device requires a zero point adjustment of the sensors, because the eccentricity caused by the unbalance is less is than the one caused by tolerances when installing the sensor or the complete balancing device can occur. Therefore should a center-centered and firm connection with the gimbal or Drive shaft flange (e.g. three-arm flange) of the drive shaft his.

Sofern eine Anordnung der autonom arbeitenden Auswuchteinrichtung an einem solchen Flansch nicht möglich ist, bliebe für die Nullpunktjustierung die Nutzung des Effektes der Reduzierung der Exzentrizität bei Verringerung der Wellendrehzahl. So ist es prinzipiell möglich, die unausgewuchtete Antriebswelle mit einer sehr geringen Drehzahl anzutreiben, so dass durch die Unwucht bzw. den Flansch keine Exzentrizität erzeugt wird. Die dabei gemessenen Beschleunigungen spiegeln die Ungenauigkeit bezüglich der Anordnung der Sensorik wieder und würden bei nachfolgenden Messungen berücksichtigt werden. So müssten sich für eine Nullpunktjustierung die Kompensationsunwuchten in einem Winkel von 180° gegenüberstehen, so dass die resultierende Kompensationsunwucht Null beträgt.If an arrangement of the autonomously operating balancing device on such a flange is not possible, the zero point would remain the use of the effect of reducing the eccentricity while reducing the shaft speed. In principle, it is possible to drive the unbalanced drive shaft at a very low speed, so that no eccentricity is generated by the unbalance or the flange. The accelerations measured here reflect the inaccuracy with regard to the arrangement of the sensors and would be taken into account in subsequent measurements. For a zero point adjustment, the compensation unbalances would have to be at an angle of 180 ° so that the resulting compensation unbalance is zero.

11: Antriebswelledrive shaft
22: Stelleinrichtungsetting device
33: Stelleinrichtungsetting device
44: Auswuchtmassecounterbalancing
55: Auswuchtmassecounterbalancing
66: Steuerungs- und Regelungseinrichtungcontrol and control means
77: Unwuchtsensorunbalance sensor
88th: Längsstrebelongitudinal strut
99: Energiequelleenergy
1010: Befestigungsmittelfastener
1111: Befestigungsmittelfastener
1212: Längsstrebelongitudinal strut
1313: Antriebswelledrive shaft
1414: Antriebswelledrive shaft
1515: Querstrebecrossmember
1616: Vertiefungdeepening
1717: Elektrodeelectrode
1818: Elektrodeelectrode
1919: Elektrodeelectrode
2020: Elektrodeelectrode
2121: Elektrodeelectrode
2222: Elektrodeelectrode
2323: Elektrodeelectrode
2424: Elektrodeelectrode
2525: Kammerchamber
2626: Flüssigkeitliquid
2727: SensorgrundkörperSensor body
2828: Blattfederleaf spring
2929: Blattfederleaf spring
3030: MasseDimensions
3131: MasseDimensions
3232: DehnungsmessstreifenStrain gauges
3333: DehnungsmessstreifenStrain gauges

Claims

Balancing device in a hollow drive shaft ( 1 ), in whose cavity two actuators ( 2 . 4 ) are arranged, in which each of these actuating devices ( 2 . 4 ) via a drive shaft ( 13 . 14 ), each with a balancing mass ( 3 . 5 ) is attached, in which in the drive shaft ( 1 ) at least one imbalance sensor ( 7 ) and a control and regulation device ( 6 ) is arranged, the latter with the unbalance sensor ( 7 ) and with the control devices ( 2 . 4 ) is connected via sensor and / or control lines, characterized in that in the drive shaft ( 1 ) an electrical energy source ( 9 ) is arranged, which with the adjusting devices ( 2 . 4 ), the control and regulation device ( 6 ) and with the unbalance sensor ( 7 ) is directly or indirectly connected via electrical supply lines.

Balancing device according to claim 1, characterized in that the adjusting devices ( 2 . 4 ) have a high drive self-locking, through which the mass balance ( 3 . 5 ) after switching off the actuator drive ( 2 . 4 ) remain in their balancing position.

Balancing device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the adjusting devices ( 2 . 4 ) are designed as piezo traveling wave motors or as motor-gear arrangements with a high holding torque.

Balancing device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the holding torque of the self-locking drive or the actuating devices ( 2 . 4 ) 1 Nm to 0.01 Nm, preferably 0.1 Nm.

Balancing device according to at least one of Claims 2 to 4, characterized in that the adjusting devices ( 2 . 4 ) at the center of rotation of the drive shaft ( 1 ) are arranged.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that it has a supporting frame with cross struts ( 15 ) and longitudinal struts ( 8th . 12 ) at which the control devices ( 2 . 4 ), the unbalance sensor ( 7 ), the control and regulation device ( 6 ) as well as the energy source ( 9 ) and all sensor, power supply and control lines are attached directly or indirectly.

Balancing device according to claim 6, characterized in that at the radial ends of the cross struts ( 15 ) Fasteners ( 10 . 11 ) are arranged, which on the one hand insert the balancing device into the drive shaft ( 1 ) enable and on the other hand for a permanent, rotationally fixed fit of the balancing device in this drive shaft ( 1 ) to care.

Balancing device according to claim 7, characterized in that the fastening means ( 10 . 11 ) are designed as radially spring-loaded pins, which are in a locking position in depressions ( 16 ) engage in the inner wall of the shaft.

Balancing device according to at least one of the previous ones Expectations, characterized in that it is arranged in a propeller shaft is.

Balancing device according to claim 1, characterized in that the balancing masses ( 3 . 5 ) are semicircular.

Balancing device according to claim 10, characterized in that the total mass of the balancing masses ( 3 . 5 ) is selected so that the maximum achievable compensation unbalance is greater than the sum of all occurring unbalances.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) determines the size of the eccentricity of the mass of a flange.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) coaxial to the longitudinal axis of the drive shaft ( 1 ) on the supporting structure ( 8th . 12 . 15 ) is attached.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) is arranged in the center of rotation of the flange.

Balancing device according to claim 14, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) biaxial.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) a sensor body ( 27 ) on the axis parallel to the longitudinal axis of the drive shaft ( 1 ) rotationally symmetrically offset spring plates ( 28 . 29 ) are attached to the free ends of the spring plates ( 28 . 29 ) Additional masses ( 30 . 31 ) are attached, and that on the surface of the spring plates ( 28 . 29 Strain gauges ( 31 . 32 ) are arranged, which with the control and regulating device ( 6 ) are connected via at least one sensor line.

Balancing device according to claim 16, characterized in that four spring plates ( 28 . 29 ) are provided, on each of which two strain gauges ( 31 . 32 ) are attached.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) is designed as a bending beam sensor.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) is designed as an inductive and capacitive acceleration sensor in the form of integrated circuits.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) a chamber ( 25 ) the drive shaft ( 1 ) or a sensor housing in which a dielectric or electrically conductive viscous medium ( 26 ) is filled in that this chamber ( 25 ) only partially that in this chamber ( 25 ) circumferentially symmetrical pairs of electrodes ( 17 . 18 ; 19 . 20 ; 21 . 22 ; 23 . 24 ) protrude radially in such a way that the viscous medium ( 26 ) can be occupied and that the electrical resistance between the electrodes ( 17 . 18 ; 19 . 20 ; 21 . 22 ; 23 . 24 ) is measurable such that the degree of wetting of the electrodes ( 17 . 18 ; 19 . 20 ; 21 . 22 ; 23 . 24 ) through the medium ( 26 ) gives a value proportional to the unbalance.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy supply device ( 9 ) the balancing device is designed as an electric battery.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy supply device ( 9 ) the balancing device is designed as a rechargeable battery.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy supply device ( 9 ) the balancing device comprises a flywheel generator unit with a repeatedly rechargeable battery.

Balancing device according to one of claims 21, 23 or 24, characterized in that the capacity of the energy supply device ( 9 ) is designed in such a way that it can be used to balance the drive shaft at least once ( 1 ) is sufficient.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the control and regulating device ( 6 ) is designed as a microcomputer.

Balancing device according to claim 25, characterized in that in the control and regulating device ( 6 ) Data processing programs are stored, with the help of which these automatically process the sensor data of the unbalance sensor ( 7 ) recorded in such a way that the direction and the size of the unbalance can be determined from these.

Balancing device according to claim 25 or 26, characterized in that by the control and regulating device ( 6 ) with the help of the sensor signals, manipulated variables for the actuators ( 2 . 4 ) can be calculated.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that with the control and regulating device ( 6 ) the control devices ( 2 . 4 ) can be controlled in such a way that they balance the masses ( 3 . 5 ) rotate against each other until the unbalance is eliminated.

Method for autonomous control and regulation of a balancing device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the control and regulating device ( 6 ) for balancing the drive shaft or the drive train from the signals of the unbalance sensor ( 7 ) calculates a first actual unbalance value, saves it and compares it with a predetermined unbalance target value, that depending on this target-actual comparison by actuating a first actuating device ( 2 ) the position of a first balancing mass ( 3 ) in the drive shaft ( 1 ) is changed by a calculated or specified value, so that the direction of rotation of the first actuation of the actuating device is then stored, that the current actual unbalance value is then measured and compared with the stored unbalance setpoint and the previous unbalance setpoint, that with a reduction in the unbalance the second actuator ( 4 ) to adjust the position of the second balancing mass ( 5 ) is actuated, that the actual unbalance value is then determined again, that if the unbalance is increased, the second actuating device ( 4 ) again, but in the opposite direction, and that this method is used until the current actual unbalance value reaches or falls below the specified unbalance setpoint.

A method according to claim 29, characterized in that the balancing device is only activated for the first time when the drive shaft ( 1 ) is installed in a drive train.

Method according to at least one of claims 29 or 30, characterized in that the first measurement of an unbalance when the drive shaft is rotated ( 1 ) a first balancing process for balancing the drive shaft ( 1 ) is assigned and ignored together with the built-in balancing device, and that the second measurement of an unbalance when the drive shaft is turned later ( 1 ) as balancing process of a drive train with built-in drive shaft ( 1 ) is recognized and used to trigger the autonomous balancing process.

Method according to at least one of the preceding method claims, characterized in that the control and regulating device ( 6 ) for balancing the drive shaft installed in the drive train ( 1 ) is activated only once.