DE10304719B4

DE10304719B4 - Balancing device for a cavity having high-cylindrical motor vehicle drive shaft and method for operating the same

Info

Publication number: DE10304719B4
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: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: DE10304719A1

Abstract

Auswuchteinrichtung für eine einen Hohlraum aufweisende hohlzylindrische Kraftfahrzeugantriebswelle (1), mit
– zwei in dem Hohlraum angeordneten Stelleinrichtungen (2, 4), wobei jede dieser Stelleinrichtungen (2, 4) über eine Antriebswelle (13, 14) verfügt, an der jeweils eine Auswuchtmasse (3, 5) befestigt ist,
– wenigstens einem Unwuchtsensor (7) und einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung (6) in dem Hohlraum, wobei die Steuerungs- und Regelungseinrichtung (6) mit dem Unwuchtsensor (7) und mit den Stelleinrichtungen (2, 4) über Sensor- und/oder Steuerleitungen in Verbindung steht, und mit
– einer in dem Hohlraum angeordneten elektrischen Energiequelle (9), die mit den Stelleinrichtungen (2, 4), der Steuerungs- und Regelungseinrichtung (6) sowie mit dem Unwuchtsensor (7) über elektrische Versorgungsleitungen direkt oder indirekt verbunden ist.Balancing device for a cavity having a hollow cylindrical motor vehicle drive shaft (1), with
Two adjusting devices (2, 4) arranged in the cavity, each of these adjusting devices (2, 4) having a drive shaft (13, 14) to which a respective balancing mass (3, 5) is attached,
- At least one imbalance sensor (7) and a control and regulating device (6) in the cavity, wherein the control and regulating device (6) with the imbalance sensor (7) and with the adjusting means (2, 4) via sensor and / or Control lines communicates, and with
- An arranged in the cavity electrical energy source (9) which is directly or indirectly connected to the adjusting means (2, 4), the control and regulating device (6) and with the imbalance sensor (7) via electrical supply lines.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätig arbeitende Auswuchteinrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben gemäß Patentanspruch 12.The Invention relates to an automatic working balancing device according to claim 1 and a Method for operating the same according to claim 12.

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 sufficient known that imbalances can occur on rotating objects, and that their removal for the permanent use of this item is very important. So are a variety of balancing devices and balancing methods become known, in which 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 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 mitrotierende 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 common problem in many fields of technology DE 37 42 149 A1 in general, a method and a device for balancing the unbalance of rotational bodies. Such rotary bodies are according to this document in particular fast 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 imbalance of a rotating element is detected by three load cells, which are fixed radially outwardly pointing to the axis of rotation of the centrifuge. The output signals of the load cells are forwarded to a co-rotating electronics, which evaluates these sensor signals and controls three servomotors based on this sensor information. The servo motors move balancing weights radially or they move the rotating body as a whole in one direction until the imbalance has dropped below a preselected limit.

Außerdem zeigt DE-OS 21 48 832 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.Also shows DE-OS 21 48 832 a device for balancing of rotating Bodies, like For example, a grinding wheel mounted on a spindle. This balancing device is in a hollow shaft section of the spindle arranged in the area of the grinding wheel and has two servomotors, whose axes of rotation aligned axially parallel to the axis of rotation of the spindle are. The drive shafts of the servomotors are each via a gear drive connected with 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 offenbart.These Balancing masses can be controlled by the servomotors in the axial Cavity of the spindle against each other twisting so that an imbalance is compensated. The servomotors are accompanied by slip rings and brushes an electrical voltage supplied by an outside provided the axial cavity arranged control device becomes. About the Sensing and processing of imbalance information by This imbalance compensation device is nothing in the document disclosed.

Insbesondere bei der 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 Tolleranzen, etwa durch eine ungenaue Positionierung des Flansches oder durch eine ungleiche Verteilung der Schweißnaht, zurückzuführen.Especially in the manufacture of vehicle drive shafts, such as cardan shafts, occurs the technical problem that the shaft flanges (for example Triangular flanges) occasionally not exactly in the center of gravity of the propshaft tube be attached. The mentioned offset is on material thickness differences of the propeller shaft and on the welding of the Flange resulting tolerances, such as inaccurate positioning the flange or by an uneven distribution of the weld, due.

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 Although largely balanced in the propeller shaft production, but this does not eliminate the imbalance that occurs in a coupling this drive shaft with a vehicle transmission and a Hinterachsdifferentialgetriebe is carried in the drive shaft. These imbalances lead to mechanical vibrations, which improve ride 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 Antriebsstranges 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 solution This latter problem is, for example, in production of all-wheel-drive vehicles balancing out the engine-transmission combination, the Propshaft and the Hinterachsdifferentialgetriebe existing drive train made such that after assembly of the aforementioned parts the imbalance is determined and then targeted metal pieces at certain points on the surface the propshaft are attached.

So zeigt DE 41 02 572 A1 eine zweiteilige Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug, bei der wie geschildert zur Kompensation von Unwuchten gezielt Zusatzmassen auf der 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 shows DE 41 02 572 A1 a two-part drive shaft for a motor vehicle, in which, as described for the compensation of imbalances targeted additional masses are mounted on the surface of the partial waves. Although this balancing method works well, it is easy to understand that the production of a vehicle is thereby relatively complex and expensive. In particular, complex trial runs on a dynamometer are necessary for balancing the then complete drivetrain and balancing after repair work in garages is not possible due to lack of equipment in the rule.

Zudem ist aus DE 40 08 538 A1 eine Kardanwellenanordnung für Kraftfahrzeuge mit einer gegenüber dem damaligen Stand der Technik verbesserten Rotationsauswuchtung bekannt. Dazu ist die Kardanwelle durch elastische Teile an einer Fahrzeugkarosserie gelagert, sowie durch ein vorderes Gelenk mit einem Antriebsmotor und ein hinteres Gelenk mit einer End-Antriebseinheit verbunden. Die vorderen und hinteren Gelenke sind dabei so aufgebaut, dass die Kardanwelle in eine Richtung parallel zu sich selbst bewegbar ist, um eine Selbst-Ausgleichswirkung bezüglich des Massenausgleichs in Abhängigkeit von der Rotation der Kurbelwelle herbeizuführen, wobei die elastischen Teile deformiert werden.Moreover, it is off DE 40 08 538 A1 a Kardanwellenanordnung for motor vehicles with a relation to the then prior art improved rotation balancing known. For this purpose, the propeller shaft is supported by elastic parts on a vehicle body, and connected by a front joint with a drive motor and a rear joint with an end drive unit. The front and rear joints are constructed so that the propeller shaft is movable in a direction parallel to itself in order to bring about a self-balancing effect on mass balance in response to the rotation of the crankshaft, thereby deforming the elastic members.

Schließlich ist aus US 6,504,335 B1 eine automatische Auswuchteinrichtung für eine Werkzeugmaschine, wie etwa eine Schleifmaschine bekannt, bei der eine drehbare und das Werkzeug haltende Welle in einer drehfesten Hohlachse gelagert ist. Mit dieser Auswuchteinrichtung mag zwar die Unwucht einer auf der Welle angeordneten Schleifscheibe kompensierbar sein, nicht aber eine Unwucht derjeni gen drehbaren Welle, auf deren Außendurchmesser die Auswuchteinrichtung selbst angeordnet ist.Finally is off US 6,504,335 B1 an automatic balancing device for a machine tool, such as a grinding machine known, in which a rotatable and the tool holding shaft is mounted in a non-rotatable hollow axle. Although with this balancing device may be compensated for the imbalance of an arranged on the shaft grinding wheel, but not an unbalance derjeni conditions rotatable shaft, on the outer diameter of the balancing device itself is arranged.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, 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.In front In this background, the invention is based on the object To be arranged in a hollow shaft balancing device and a method for Operate to introduce the same, with which the drive shaft before and after their installation in a drive train automatically ausuchtbar is.

Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich für die Auswuchteinrichtung aus den Merkmalen des Hauptanspruchs und für das Verfahren aus den Merkmalen des Anspruchs 12, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.The solution These tasks arise for the Balancing device from the features of the main claim and for the method from the features of claim 12, while advantageous developments and embodiments of the invention can be removed from the subclaims.

Demnach betrifft die Erfindung zunächst eine Auswuchteinrichtung für eine einen Hohlraum aufweisende hohlzylindrische Kraftfahrzeugantriebswelle, mit zwei in dem Hohlraum angeordneten Stelleinrichtungen, wobei jede dieser Stelleinrichtungen über eine Antriebswelle verfügt, an der jeweils eine Auswuchtmasse befestigt ist. Außerdem umfasst diese Auswuchteinrichtung wenigstens einen Unwuchtsensor und eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung in dem genannten Hohlraum, wobei die Steuerungs- und Regelungseinrichtung mit dem Unwuchtsensor und mit den Stelleinrichtungen über Sensor- und/oder Steuerleitungen in Verbindung steht. Schließlich ist in dem Hohlraum eine elektrische Energiequelle angeordnet, die mit den Stelleinrichtungen, der Steuerungs- und Regelungseinrichtung sowie mit dem Unwuchtsensor über elektrische Versorgungsleitungen direkt oder indirekt verbunden ist.Therefore concerns the invention first a balancing device for a hollow cylindrical motor vehicle drive shaft having a cavity, with two arranged in the cavity adjusting devices, wherein each of these adjusting devices via a Drive shaft has, is attached to the respective balancing mass. It also includes this balancing device at least one unbalance sensor and a Control and regulating device in said cavity, wherein the control and regulating device with the unbalance sensor and with the adjusting devices over Sensor and / or control lines is connected. Finally is in the cavity an electrical energy source arranged with the control devices, the control and regulating device as well as with the unbalance sensor via electrical supply lines connected directly or indirectly is.

Diese Auswuchteinrichtung gemäß der Erfindung 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.These Balancing device according to the invention thus represents an adaptive mechanical system, which is a Imbalance in a drive shaft over at least one sensor detected by means of a control and Regulatory electronics evaluates and using control devices and balancing masses compensates for the imbalance. The balancing unit is complete as a module can be inserted or integrated 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.advantageously, can with the autonomous balancing the drive shaft in terms of their Balancing permanently or preferably only temporarily monitored automatically and be balanced. When determining an imbalance is compensated immediately.

Die erfindungsgemäße Auswuchteinrichtung findet zwar ihr 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 aus arbeitstechnischen Gründen sinnvoll ist.The Balancing device according to the invention finds Although their application in balancing one into a drive train mounted drive shaft, preferably even a propeller shaft, however, it can also be used in other areas of vehicle and mechanical engineering as well as the consumer goods industry everywhere be used with advantage, where an automatic balancing a drive shaft mandatory necessary or useful for operational reasons.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtungen ein sehr großes Haltemoment aufweisen, damit die Auswuchtmassen nach dem Abschalten des Antriebs der Stelleinrichtungen in ihrer Auswuchtposition verbleiben.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the adjusting devices have a very large holding torque, so that the balancing masses after switching off the drive of the actuating devices 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.A Such drive device can therefore, for example, a self-locking Gear include. In one embodiment of the invention, it is provided in that the adjusting devices are designed as piezo-wave-wave motors are. In these motors, in or at the stator of the motor is a piezoelectric Material provided, the high-frequency circulating surface waves generated. These surface waves come over a frictional engagement with the rotor of the drive motor in interaction and thus generate a rotational 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 Wellen drehzahl sowie von den Gewichten der Ausgleichsmassen abhängig und vom Fachmann für den konkreten Anwendungsfall ermittelbar.The Holding moment one in a test setup to the balancing device used Piezowanderwellenmotors was 0.1 Nm, although a Range of 1 Nm to 0.01 Nm makes sense. The for a self-sufficient autonomous Balancing device reasonable specifications are of the maximum Shaft speed and on the weights of the balancing weights and dependent from the expert for the concrete application case 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 ein ausreichend hohes Haltemoment gewährleistet.It but it is also possible instead of the piezo-wave-wave motor, a conventional engine-transmission combination to use, on the one hand is sufficiently accurate angle adjustable and also ensures a sufficiently high holding torque.

Zudem wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Stelleinrichtungen im Drehmittelpunkt der Antriebswelle angeordnet sind.In addition, it is considered advantageous if the adjusting devices in the center of rotation of the Drive shaft are arranged.

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 comprises in a development of the invention In addition, a stable shoring with transverse and longitudinal struts, where the adjusting devices, the imbalance sensor, the control and control device as well as the energy source and all sensor, Power supply and control lines are attached. Through this Construction is the balancing device as a complete assembly directly inserted into the hollowed out drive shaft and there lockable. The stable frame construction of the framework is able to all during the balancing phase and during the operation of the drive shaft occurring mechanical loads intercept and initiate into the wave.

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 has the balancing device also preferably at the radial ends of their Cross braces over Fasteners, on the one hand, an insertion of the device allow in the cavity of the drive shaft, and on the other hand for a permanently rotationally fixed seat of the balancing device in the drive shaft to care. For this purpose, the fastening means are radially spring-loaded Pins formed in a locking position in recesses engage in the shaft inner wall, so that the balancing device preferably immovable 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 er reichbare Kompensationsunwucht größer als die Summe aller auftretenden Unwuchten in der Antriebswelle ist.In a further embodiment of the balancing device according to the invention provided that the balancing masses preferably formed semicircular are. In addition, their mass should be chosen so that the maximum he achievable compensation imbalance greater than the sum of all occurring Imbalances in the drive shaft is.

Der Unwuchtsensor wird ganz allgemein dazu genutzt, die Größe der Exzentrizität einer auf oder an der Antriebswelle befindlichen Flanschmasse zu ermitteln. So kann vorgesehen sein, dass dieser Unwuchtsensor koaxial zur Längsachse der Antriebswelle angeordnet und/oder an dem Traggerüst der Auswuchteinrichtung befestigt ist. Der Unwuchtsensor kann einachsig oder zweiachsig ausgebildet sein.Of the Unbalance sensor is used in general, the size of the eccentricity of a To determine located on or on the drive shaft flange mass. Thus it can be provided that this unbalance sensor coaxial with the longitudinal axis arranged the drive shaft and / or on the support frame of the balancing device is attached. The unbalance sensor can be uniaxial or biaxial be educated.

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.One such unbalance sensor comprises in a first embodiment a sensor base, on the axis parallel to the longitudinal axis the drive shaft rotationally symmetrically staggered spring plates attached are. At the free ends of these spring plates additional masses are attached, so that the spring plates due to a rotation of the drive shaft the resulting centrifugal and unbalance forces bent radially outward become.

Auf der Oberfläche der Federbleche angeordnete Dehnungsmessstreifen erfassen die unwuchtbedingt unterschiedlichen 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 auf dem Sensorgrundkörper angeordnet, wobei auf den dann vier Federblechen jeweils zwei Dehnungsmessstreifen befestigt sind. Durch diese Sensoranordnung lassen sich mit vergleichsweise einfachen Mitteln der Betrag und der Ort der Unwucht in der Antriebswelle ermitteln.On the surface The spring plates arranged strain gauges detect the unbalance different deflections of the spring plates and give their sensor information to the control and regulation device for evaluation on. These spring plates are preferably offset by 90 ° arranged rotationally symmetrical to the axis of symmetry on the sensor base body, where on the then four spring plates in each case two strain gauges are attached. By this sensor arrangement can be compared with 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 as a known per se Be configured bending beam sensor, or inductive and capacitive Include 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 leitendes oder dielektrisches Medium in einer Menge eingefüllt ist, die diese Kammer nicht vollständig auffüllt. Darüber hinaus erstrecken 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 den zwei Elektroden, so dass die Filmdicke des Mediums am Elektrodenort und damit die Unwucht der Antriebswelle ermittelbar ist.One another unbalance sensor is designed so that in a circular chamber of the sensor housing or the drive shaft to be balanced, a viscous electrically conductive or dielectric medium is filled in an amount that does not contain this chamber Completely fills. About that In addition, extending from the chamber outer wall radially inwardly facing preferably four pairs of electrodes which are circumferentially symmetrical to each other are arranged. Due to the degree of wetting of the respective electrodes changes through the medium the electrical resistance between the two electrodes, so that the film thickness of the medium at the electrode location and thus the imbalance 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 regulating device is preferred as programmable Microcomputer formed, although a circuit with discrete Components possible appears. In such a former control and regulating device are data processing programs stored with their help the sensor data is recorded automatically and from these the direction and the size of the imbalance is determined.

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.Furthermore is the control and regulation device able to get out of the Direction and the size of the imbalance Control variables for the actuating devices to calculate and control the actuators such that these deliberately turn the balancing masses against each other as long as until the imbalance is eliminated.

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 device of the balancing device is in one Another preferred embodiment of the invention as an electric battery or designed as a rechargeable battery whose capacity is at least for a one-time balancing of 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 the power supply device of the balancing device also comprises a flywheel generator unit with a repeatedly rechargeable battery. With this energy supply device operating according to the dynamo principle, the moment of inertia of a generator flywheel disposed within the drive shaft is utilized for the generation of power during the occurrence of rotational speed changes.

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 automatic balancing process takes place such that the control and regulating device from the signals of Unbalance sensor calculates a first unbalance actual value, stores and compares with a stored unbalance setpoint, and that subsequently dependent on from this target-actual comparison by actuation of a first adjusting device the position of a first counterbalance mass in the drive shaft a calculated or predetermined 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.thereupon the direction of rotation of the first actuator operation is stored, subsequently the current unbalance actual value is measured and stored Unbalance setpoint and the previous unbalance setpoint compared. When the unbalance decreases, the second actuator becomes actuated for positional adjustment of the second counterbalancing mass and then the unbalance actual value is determined again. At an enlargement of the Imbalance is the second adjusting device again, but in the opposite Direction actuated and this procedure is repeated until the current unbalance setpoint reaches or falls below the specified unbalance setpoint.

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.Regarding such running in the control and regulating device Control method is preferably provided that the control and control device for balancing the drive shaft only then first activated when the drive shaft in a drive train is installed.

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 Auswuchtein richtung während des Betriebs des Antriebsstrangs seine Auswuchtarbeit durchführen.These Approach is therefore advantageous, since thereby the balancing device already installed at the manufacturer of the drive shaft in this fixed and a first balancing of the drive shaft including balancing device can be made in isolation, without being autonomous working balancing equipment is already starting up. If the drive shaft then later For example, in a four-wheel drive vehicle with a manual transmission and a Hinterachsdifferentialgetriebe is connected, the Balancing device during operating the powertrain, do its balancing work.

Der erste Auswuchtvorgangs lässt sich von dem zweiten Auswuchtvorgang durch die Steuerungs- und Regelungseinrichtung beispielsweise dadurch unterscheiden, 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.Of the first balancing operation from the second balancing operation by the control and regulation device For example, distinguish that from the sensor twice detected unbalance is ignored the first time and only the 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 Energieversorgungseinrichtung vergleichsweise klein halten. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die autonom arbeitende Auswuchteinrichtung auch zu späteren Betriebszeitpunkten erneut für Auswuchtvorgänge aktiviert wird.In Another embodiment of the invention provides that the Control and regulating device for balancing the in one Drive train built-in drive shaft is activated only once. By this procedure leaves the electrical capacity the power supply device integrated in the balancing device keep comparatively small. However, it is not excluded that the autonomously operating balancing device also at later operating times again for balancing operations is activated.

Schließlich sieht die Erfindung vor, dass die beschriebene Auswuchteinrichtung und das beschriebene Auswuchtverfahren zum Auswuchten einer als Kardanwelle ausgebildeten Kraftfahrzeugantriebswelle verwendet werden.Finally sees invention, that the described balancing device and the described balancing method for balancing a cardan shaft trained motor vehicle drive shaft can be used.

Die Erfindung lässt sich am besten anhand von Ausführungsbeispielen und mit der beigefügten Zeichnung erläutern. Darin zeigenThe Invention leaves best of all by means of embodiments and with the attached drawing explain. Show in it

1 einen schematischen Querschnitt durch eine hohle Kraftfahrzeugantriebswelle mit einer daran angeordneten autonom arbeitende Auswuchteinrichtung, 1 a schematic cross section through a hollow motor vehicle 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 unbalance 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 a schematic view of a second unbalance sensor, which in the balancing device according to 1 is usable.

Bei der in 1 dargestellten Kraftfahrzeugantriebswelle 1, im Folgenden als Antriebswelle 1 bezeichnet handelt es sich um eine Kardan- oder Gleichlaufgelenkwelle, die in einen Antriebsstrang eines Allrad Fahrzeuges eingebaut ist. Zur übersichtlicheren Darstellung der Auswuchteinrichtung sind die rechts- und linksseitig an dem in 1, dargestellten Wellenabschnitt anschließenden Wellenbereiche nicht gezeigt.At the in 1 illustrated motor vehicle drive shaft 1, hereinafter as drive shaft 1 refers to a cardan or constant velocity universal joint, which is installed in a drive train of a four-wheel vehicle. For a clearer view of the balancing device are the right and left side of the in 1 , Wave section shown not shown subsequent wave areas.

Die Auswuchteinrichtung besteht in diesem Ausführungsbeispiel der Erfin dung 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.The balancing device consists in this embodiment of the inven tion first of a support frame, which consists of interconnected cross braces 15 and longitudinal struts 8th . 12 is constructed. The cross struts 15 have theirs to the shaft inner wall pointing ends via fastening means 10 . 11 , which are formed here as not shown in the spring-loaded and radially aligned pins are. These pins engage in the recesses 16 in the inner wall of the drive shaft 1 and thus anchor the shoring ( 8th . 12 . 15 ) after its insertion 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.At the cross struts 15 are two trained as actuators adjusting devices 2 . 4 attached, whose axes of rotation are substantially coaxial with the longitudinal axis of the drive shaft 1 are aligned. The adjusting devices 2 . 4 have drive shafts 13 . 14 , at whose free ends in each case a balancing mass 3 . 5 is attached. These balancing masses 3 . 5 are here semicircular, wherein 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 Quer streben 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 Regelungseinnchtung 6 befestigt, an der eine elektrische Batterie als Energiequelle 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.In addition, shows 1 that an imbalance sensor 7 at one of the cross strive 15 is fixed such that its longitudinal axis coaxial with the longitudinal axis of the drive shaft 1 is aligned. At the opposite end of the shoring ( 8th . 12 . 15 ) is finally a control and regulation device 6 attached, to which an electric battery is plugged as an energy source. This control and regulating device 6 is not shown control lines with the two actuating devices 2 . 4 and via 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 Unwuchtsensor 7 erkannt und der Steuerungs- und Regelungseinrichtung mitgeteilt werden. Diese Steuerungs- und Regelungseinrchtung 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, power supply or control and regulating devices simplified shown now so that when turning the drive shaft 1 occurring imbalances of the unbalance sensor 7 be detected and communicated to the control and regulation device. This control and processing device processes the sensor information such that control variables for the actuating devices 2 . 4 calculated, related commands are generated and directed 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 actuation of the actuators is by the unbalance sensor 7 constantly determines the changing imbalance and the control and regulation device 6 communicated. This then generates further control commands for the actuating devices 2 . 4 or determines a sufficient elimination of the imbalance. The aim of the scheme is therefore to minimize an imbalance that is to be kept below a predetermined residual imbalance 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 Bewegungsrichturg 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 method provides that the imbalance of the drive shaft 1 is measured and checked for exceeding a preselected unbalance setpoint. If the maximum permissible unbalance reference value is exceeded, one of the two actuating devices is activated by activation 2 . 4 the imbalance of the drive shaft 1 in a first step by turning one of the two balancing masses 3 . 5 changed. If the previously determined imbalance actual value decreases, the direction of movement of the last actuated actuating device is stored and the second actuating device is driven to rotate the second counterbalancing mass. On the other hand, if the newly measured imbalance actual value increases, the same setting device is actuated again, but with the reverse direction of movement. Continuing this control method, the actual unbalance value approaches the tolerable residual unbalance value indicated by the imbalance set point, from which point the balancing process is completed.

Zur Ermittlung der Unwucht ist die Auswuchteinrichtung wie bereits erwähnt mit einem Unwuchtsensor 7 ausgestattet, dessen Aufbau unter schiedlichen Messprinzipien folgen kann. In einer in 2 gezeigten ersten Variante besteht der Unwuchtsensor aus einem Sensorgrundkörper 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 imbalance is the balancing device as already mentioned with an imbalance sensor 7 equipped, the structure of which can follow different measuring principles. In an in 2 the first variant shown, the unbalance sensor consists of a sensor body 27 coaxial with the longitudinal axis of the drive shaft 1 on one of the cross struts 15 the support frame is attached. At this sensor body 27 are preferably four such spring plates 28 . 29 each offset by 90 ° and fixed axially parallel to the mentioned shaft longitudinal axis. At the free ends of these spring plates 28 . 29 are preferably additional masses 30 . 31 attached, which ensure that the spring plates 28 . 29 at a low speed of the drive shaft 1 due to the centrifugal and imbalance forces are deflected sufficiently radially.

Die Auslenkung der Federbleche 28, 29 wird mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen 32, 33 gemessen, von denen wenigstens jeweils einer auf der Oberfläche der Federbleche 28, 29 befestigt ist. Diese Dehnungsmessstreifen 32, 33 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 dem Unwuchtsensor 7 verbunden ist.The deflection of the spring plates 28 . 29 is done with the help of strain gauges 32 . 33 measured, of which at least one each on the surface of the spring plates 28 . 29 is attached. These strain gauges 32 . 33 are preferably each connected to a measuring bridge whose output signal is proportional to the deflection of the respective spring plates. This output signal is then then the control and regulating device 6 available via at least one sensor line with the 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 imbalance sensor 7 for the balancing device. This unbalance sensor consists of a part 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 may be a dielectric or else an electrically conductive liquid. In this chamber 25 protrude preference in each case by 90 ° offset four pairs of electrodes 17 . 18 ; 19 . 20 ; 21 . 22 and 23 . 24 radially in, their surfaces from the liquid 26 is at least partially wetted. Upon rotation of the drive shaft 1 the liquid shifts 26 radially outward 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 Wider stand 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.As 3 illustrates, depending on the prevailing wave imbalance forms a more or less thick liquid film on the inner shaft wall, which stood a different sized electrical resistance between each two electrodes of a pair of electrodes is formed. By a skillful temporary potential change between two adjacent electrodes 17 . 24 of two different electrode pairs 17 . 18 respectively. 23 . 24 by the control and regulation device 6 In addition, information about the liquid film thickness between two such pairs of electrodes can also be determined. The measured values of these electrodes 17 . 18 ; 19 . 20 ; 21 . 22 become the control and regulation device 6 fed, which determines therefrom by means of suitable evaluation the currently prevailing unbalance of the drive shaft or the drive train and the adjusting devices 2 . 4 for turning the balancing masses 3 . 5 actuated.

Zur Überprüfung der Eigenschaften der 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 verify the properties of the autonomous balancing device, theoretical and practical investigations were carried out. Thus, for a test with a given real drive shaft with a bending natural frequency of 96 Hz, a maximum shaft speed of 3100 rpm, a maximum imbalance of 114 gcm, a maximum allowable residual imbalance and a maximum angular acceleration of the shaft of 35 / s ² and a certain Compensation unbalance determined.

Die Sensorik des Versuchsaufbaus bestand aus vier um 90° gegeneinander versetzte Blattfedern, an deren Enden Zusatzmassen befestigt waren. Zudem tragen 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 at 90 ° to each other staggered leaf springs, at the ends of additional masses were attached. In addition, the leaf springs each carry two strain gauges Subordinate bridge circuit for Determination of the difference between the horizontal and vertical Deflection of 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.to Signal processing as well as control and regulation of the balancing process became a digital signal processor with 16-bit AD converter and one sampling cycle used by 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 An triebsmoment 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 Actuatorics consisted of two compensation imbalance masses the drive shafts were attached by two servomotors. The currentless holding torque these servomotors were greater or equal 0.1 Nm while the drive torque was 0.03 Nm and the engine speed of 30 to 250 rev / min. Both servomotors became symmetrical to the center of rotation of the drive shaft arranged.

Ein mit diesem Testaufbau durchgeführter automatischer 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.One with this test setup carried out automatic Propshaft balancing operation required at a primary imbalance of 25 gcm settling times of a maximum of 60 seconds. A residual imbalance could even with the help of piezoelectric acceleration sensors not more can be determined.

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 execution The experiments showed that the production of a drive shaft with integrated autonomous balancing device a zero point adjustment The sensor requires, as caused by the imbalance eccentricity is lower than that due to tolerances in the installation of the Sensors or the complete Auswuchtinrichtung can occur. Therefore, a center-centered and firm connection with the Cardan or drive shaft flange (eg three-arm flange) of the drive shaft be provided.

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.Provided an arrangement of the autonomous balancing device on a such flange not possible is, stay for Zero adjustment use of effect of reduction of eccentricity when reducing the shaft speed. So it is possible in principle, the to drive unbalanced drive shaft at a very low speed, so that generated by the imbalance or the flange no eccentricity becomes. The accelerations measured reflect the inaccuracy in terms of the arrangement of the sensors again and would be in subsequent measurements considered become. So would have to for a zero point adjustment the compensation unbalances at an angle of 180 °, such that the resulting compensation imbalance is zero.

11: Kraftfahrzeugantriebswelle (Antriebswelle)Automotive drive shaft (Drive shaft)
22: Stelleinrichtungsetting device
33: Auswuchtmassecounterbalancing
44: Stelleinrichtungsetting device
55: Auswuchtmassecounterbalancing
66: Steuerungs- und Regelungseinrichtungcontrol and control device
77: Unwuchtsensorunbalance sensor
8 8th: 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: Federblechspring plate
2929: Federblechspring plate
3030: Zusatzmasseadditional mass
3131: Zusatzmasseadditional mass
3232: DehnungsmessstreifenStrain gauges
3333: DehnungsmessstreifenStrain gauges

Claims

Balancing device for a cavity-containing hollow-cylindrical motor vehicle drive shaft ( 1 ), with - two arranged in the cavity adjusting devices ( 2 . 4 ), each of these adjusting devices ( 2 . 4 ) via a drive shaft ( 13 . 14 ), at each of which a balancing mass ( 3 . 5 ), - at least one unbalance sensor ( 7 ) and a control and regulation device ( 6 ) in the cavity, wherein the control and regulation device ( 6 ) with the unbalance sensor ( 7 ) and with the adjusting devices ( 2 . 4 ) is connected via sensor and / or control lines, and with - an electrical energy source arranged in the cavity ( 9 ) connected to the control devices ( 2 . 4 ), the control and regulation device ( 6 ) as well as with the unbalance sensor ( 7 ) is connected directly or indirectly via electrical supply lines.

Balancing device according to claim 1, characterized in that the adjusting devices ( 2 . 4 ) are designed as Piezowanderwellenmotoren or as a motor-gearbox assemblies with a high holding torque.

Balancing device according to claim 1 or 2, characterized in that the balancing device is a support frame with transverse struts ( 15 ) and longitudinal struts ( 8th . 12 ), where the control devices ( 2 . 4 ), the unbalance sensor ( 7 ), the control and regulation device ( 6 ), the energy source ( 9 ) and all the sensor, power supply and control lines are directly or indirectly fixed, and that at the radial ends of the transverse struts ( 15 ) Fastening means ( 10 . 11 ) are arranged, on the one hand, an insertion of the balancing device in the motor vehicle drive shaft ( 1 ) and on the other hand for a permanent rotationally fixed seat of the balancing device in the motor vehicle drive shaft ( 1 ) to care.

Balancing device according to claim 3, characterized in that the fastening means ( 10 . 11 ) are formed as radially spring-loaded pins which in a locking position in recesses ( 16 ) in the shaft inner wall.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that with the unbalance sensor ( 7 ) the imbalance of a flange of the motor vehicle drive shaft can be determined.

Balancing device according to claim 5, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) in the center of rotation of the flange of the motor vehicle drive shaft ( 1 ) is arranged.

Balancing device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) is uniaxial or biaxial.

Balancing device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the unbalance sensor ( 7 ) a sensor base body ( 27 ), on which axis-parallel to the longitudinal axis of the motor vehicle drive shaft ( 1 ) rotationally symmetrically offset spring plates ( 28 . 29 ) are attached, that at the free ends of the spring plates ( 28 . 29 ) Additional masses ( 30 . 31 ) and that on the surface of the spring plates ( 28 . 29 ) Strain gages ( 32 . 33 ) are arranged with the control and regulating device ( 6 ) are connected via at least one sensor line.

Balancing device according to claim 8, characterized in that four spring plates ( 28 . 29 ) are provided, on each of which two strain gauges ( 32 . 33 ) 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 Bescheunigungssensor in the form of integrated circuits.

Method for operating an autonomously operating balancing device in a hollow-cylindrical motor vehicle drive shaft ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, in which the control and regulation device ( 6 ) for balancing the motor vehicle drive shaft ( 1 ) from the signals of the imbalance sensor ( 7 ) a first Imbalance actual value is calculated, stored and compared with a predetermined imbalance setpoint, in response to this target-actual comparison by actuation of a first control device ( 2 ) the position of a first counterbalancing mass ( 3 ) in the motor vehicle drive shaft ( 1 ) is changed by a calculated or predetermined value, then the direction of rotation of the first actuator operation is stored, then the actual current unbalance value is measured and compared with the stored unbalance setpoint and the previous unbalance setpoint, with a reduction in imbalance, the second actuator ( 4 ) for positional adjustment of the second counterbalancing mass ( 5 ) is actuated, then the unbalance actual value is determined again, with an increase in the unbalance, the second adjusting device ( 4 ), but in the opposite direction, and this method is applied until the current unbalance feedback reaches or falls below the predetermined unbalance reference.

A method according to claim 12, characterized in that the balancing device is only activated for the first time when the motor vehicle drive shaft ( 1 ) is installed in a drive train of the motor vehicle.

Method according to at least one of claims 12 or 13, characterized in that the initial measurement of the imbalance during rotation of the motor vehicle drive shaft ( 1 ) a first balancing process for balancing the motor vehicle drive shaft ( 1 ) is assigned and ignored together with the built-in balancing device, and that the second measurement of the imbalance in a later turning of the motor vehicle drive shaft ( 1 ) as a balancing process of the drive train with built-in motor vehicle drive shaft ( 1 ) and the autonomous balancing process is performed.

Method according to at least one of claims 12 to 14, characterized in that the control and regulating device ( 6 ) for balancing the built in the drive train of the motor vehicle motor vehicle drive shaft ( 1 ) only when first turning the built-in motor vehicle drive shaft ( 1 ) is activated.

Use of the balancing device according to one of claims 1 to 11 for balancing a cardan shaft as a motor vehicle drive shaft.

Use of the method according to one of claims 12 to 15 for balancing a propeller shaft as a motor vehicle drive shaft.