DE10333494A1

DE10333494A1 - Prüfverfahren für Zahnradsätze

Info

Publication number: DE10333494A1
Application number: DE10333494A
Authority: DE
Inventors: Sary E. Shelby Twp. Kopp; Gregory Paul Macomb Twp. Kopp; Peter Troy Jacobsen
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2004-02-12
Also published as: GB2391071B; GB0313971D0; GB2391071A; US6662671B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Prüfdaten für einen Zahnradsatz mit den folgenden Verfahrensschritten: Anschließen des Zahnradsatzes (12) an eine Prüfvorrichtung (10), die einen ersten, als Eingangs-Antriebsmotor dienenden Motor (14) und einen zweiten, als Ausgangs-Widerstandsmotor dienenden Motor (18) aufweist; Festlegen eines Sollwerts für das Drehmoment; Betreiben des Antriebsmotors (14) bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl, so dass ein Eingangsdrehmoment an den Zahnradsatz (12) übertragen wird; Messen des am Widerstandsmotor (18) anliegenden Ausgangsdrehmoments; Vergleichen des Ausgangsdrehmoments mit dem Drehmoment-Sollwert; Anpassen des Eingangsdrehmoments, bis das gemessene Ausgangsdrehmoment im Wesentlichen dem Drehmoment-Sollwert entspricht, wobei die Drehzahl des Antriebs- und Widerstandsmotors (14, 18) im Wesentlichen konstant gehalten wird, und Ermitteln von Prüfdaten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zum Prüfen von Zahnradsätzen auf Geräusche, Vibrationen und Rauheit.
Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen bestimmte Zahnradsätze werden in der Regel auf Geräusche, Vibrationen und Rauheit (Noise, Vibration, Harshness = NVH) geprüft, um eine zufrieden stellende Leistung im Fahrzeug zu gewährleisten. Bei herkömmlichen Prüfverfahren werden die NVH-Eigenschaften eines Zahnradsatzes in Abhängigkeit von der Drehzahl des Zahnradsatzes geprüft. Hierbei wird nicht berücksichtigt, dass die NVH-Eigenschaften eines in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Zahnradsatzes weitgehend von dem über den Zahnradsatz übertragenen Drehmoment abhängen. Daher kann das beim Einsatz eines Zahnradsatzes in einem Kraftfahrzeug auftretende NVH-Verhalten mit herkömmlichen Prüfverfahren nicht zuverlässig erfasst werden.
Für eine gründliche Prüfung ist es darüber hinaus erforderlich, die NVH-Eigenschaften für beide Drehrichtungen des Zahnradsatzes zu ermitteln. In der Regel wird die Prüfung zu diesem Zweck unterbrochen, und der Zahnradsatz wird in die entgegengesetzte Richtung angetrieben, so dass die Zahn räder auf der entgegengesetzten Seite der Zähne eingreifen. Durch diese Unterbrechung des Prüfverfahrens und die anschließende Prüfung in der entgegengesetzten Drehrichtung wird der Prüfzyklus verlängert.
Beim Prüfen eines Zahnradsatzes treten darüber hinaus Drehmomentverluste auf. Da das Ausgangsdrehmoment aufgrund dieser Drehmomentverluste niedriger als das Eingangsdrehmoment, wird der Zahnradsatz in der Regel nicht beim gewünschten Drehmoment geprüft.
Es besteht daher Bedarf an einem Prüfverfahren für Zahnradsätze, bei dem die NVH-Eigenschaften des Zahnradsatzes nicht in Abhängigkeit von der Drehzahl, sondern in Abhängigkeit des vom Zahnradsatz übertragenen Drehmoments geprüft werden. Darüber hinaus besteht Bedarf an einem Prüfverfahren, das eine effiziente Prüfung beider Seiten eines Zahnradsatzes ermöglicht. Außerdem besteht Bedarf an einem Prüfverfahren, bei dem sichergestellt wird, dass die Prüfung des Zahnradsatzes bei den gewünschten Drehmomenten erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Prüfverfahren für Zahnradsätze anzugeben, welches den vorgenannten Anforderungen genügt.
1 zeigt eine Aufsicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung mit einem montierten Zahnradsatz sowie einem Eingang und einem Ausgang;
2 ist ein schematisches Diagramm der in 1 gezeigten Prüfvorrichtung;
3 zeigt eine Aufsicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung mit einem montierten Zahnradsatz sowie einem Eingang und zwei Ausgängen;
4 ist ein schematisches Diagramm der in 3 gezeigten Prüfvorrichtung; und
5 zeigt den Verlauf des Drehmoments über der Zeit für zwei Prüfverfahren, wobei das Drehmoment beim ersten Verfahren schrittweise geändert wird und beim zweiten kontinuierlich.
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung soll den Umfang der Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränken, sondern es vielmehr einem Fachmann ermöglichen, die Erfindung herzustellen und einzusetzen.
In 1 wird mit dem Bezugszeichen 10 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Prüfvorrichtung für Zahnradsätze allgemein dargestellt. Ein zu prüfender Zahnradsatz 12 ist in der Prüfvorrichtung 10 positioniert. Die Vorrichtung 10 umfasst einen ersten Motor 14, der mit einer Eingangsseite 16 des Zahnradsatzes 12 verbunden ist, und einen zweiten Motor 18, der mit einer Ausgangsseite 20 des Zahnradsatzes 12 verbunden ist.
Der erste Motor 14 ist ein Antriebsmotor, der eine Drehbewegung auf den Zahnradsatz 12 überträgt. Der zweite Motor 18 ist ein Widerstandsmotor, welcher der Drehbewegung des Zahnradsatzes 12 einen Widerstand entgegensetzt, so dass ein größeres Drehmoment erforderlich ist, um den Zahnradsatz 12 anzutreiben. Während des Prüfvorgangs wird über den Antriebsmotor 14 ein Eingangsdrehmoment an den Zahnradsatz 12 übertragen. Der Widerstandsmotor 18 wird hierbei in dieselbe Richtung wie der Antriebsmotor 14 betrieben, aber mit etwas weniger Leistung. Da die zwei Motoren 14, 18 über den Zahnradsatz 12 miteinander verbunden sind, müssen sie mit derselben Drehzahl laufen. Aufgrund der Tatsache, dass der Widerstandsmotor 18 mit weniger Leistung läuft, muss der Antriebsmotor 14 zusätzli ches Drehmoment aufbringen, um den Widerstandsmotor 18 auf dieselbe Drehzahl zu bringen.
Vorzugsweise handelt es sich beim ersten Motor 14 und beim zweiten Motor 18 um Elektromotoren, deren Drehzahl durch die Stärke des jeweiligen Antriebsstroms gesteuert werden kann. Das über den Zahnradsatz 12 übertragene Drehmoment kann bei jeder Drehzahl durch Ändern des Leistungsunterschieds zwischen dem Antriebsmotor 14 und dem Widerstandsmotor 18 erhöht oder verringert werden.
In 2 wird dargestellt, dass die Motoren 14, 18 jeweils einen Drehmomentsensor 22 und einen Drehzahlmesser 24 aufweisen und dass die ermittelten Drehmoment- und Drehzahlwerte an eine Schalttafel 26 gesendet werden. Das Prüfverfahren für den Zahnradsatz 12 umfasst das Anschließen des Zahnradsatzes 12 an die Prüfvorrichtung 10, wobei der Antriebsmotor 14 mit der Eingangsseite 16 des Zahnradsatzes 12 verbunden wird und der Widerstandsmotor 18 mit der Ausgangsseite 20 des Zahnradsatzes 12.
Alternativ kann der Zahnradsatz 12 einen Eingang und zwei Ausgänge auf weisen, wie der in 3 gezeigte Zahnradsatz 12a. Wie in 3 dargestellt wird, umfasst die Prüfvorrichtung 10a einen Eingangs-Antriebsmotor 14a und zwei Ausgangs-Widerstandsmotoren 18a. Wenn eine Drehmomentübertragung über beide Ausgänge des Zahnradsatzes 12a erfolgt, werden die Ausgangs-Widerstandsmotoren 18a vorzugsweise synchronisiert, um zu gewährleisten, dass das Drehmoment gleichmäßig auf die zwei Widerstandsmotoren 18a verteilt wird. In 4 wird dargestellt, dass die Motoren 14a und 18a der in 3 gezeigten Prüfvorrichtung jeweils einen Drehmomentsensor 22 und einen Drehzahlmesser 24 aufweisen und dass die ermittelten Drehmoment- und Drehzahlwerte an eine Schalttafel 26 gesendet werden.
Wenn der Zahnradsatz 12 an die Prüfvorrichtung 10 angeschlossen wurde, wird ein Sollwert für das Drehmoment festgelegt. Mit diesem Sollwert des Drehmoments soll der Zahnradsatz 12 geprüft werden. Während der erste Motor 14 mit konstanter Drehzahl läuft, wird das Drehmoment am zweiten Motor 18 gemessen. Das Drehmoment am zweiten Motor 18 wird mit dem Sollwert verglichen, und das vom ersten Motor 14 eingegebene Drehmoment wird so eingestellt, dass das Drehmoment am zweiten Motor 18 dem Sollwert entspricht.
Diese Rückkopplung ist erforderlich, um die Drehmomentverluste im Zahnradsatz 12 auszugleichen. Wenn die Prüfung anhand des Eingangsdrehmoments erfolgt, werden die innerhalb des Zahnradsatzes 12 auftretenden Drehmomentverluste nicht ausgeglichen, so dass ungenaue Prüfungsergebnisse ermittelt werden, da die Prüfung bei niedrigeren Drehmomenten erfolgt als in den Testdaten angegeben. Das Drehmoment am zweiten Motor 18 wird wiederholt gemessen, mit dem Sollwert für das Drehmoment verglichen und durch Einstellen des Drehmoments am ersten Motor 14 angepasst, bis das Drehmoment am zweiten Motor 18 dem Sollwert entspricht. Wenn das Drehmoment am zweiten Motor 18 dem Sollwert entspricht, werden die NVH-Werte für den Zahnradsatz 12 ermittelt.
Die Prüfung erfolgt bei konstanter Drehzahl. Das durch den Zahnradsatz 12 übertragene Drehmoment kann durch Regeln der Stromzufuhr zum ersten und zweiten Motor 14, 18 geändert werden. Da die NVH-Werte im Fahrzeug drehmomentabhängig sind, sollte die Prüfung vorzugsweise bei konstanter Drehzahl erfolgen, so dass die Werte in Abhängigkeit vom übertragenen Drehmoment gemessen werden.
Für eine vollständige Prüfung des Zahnradsatzes 12 sollte vorzugsweise der Eingriff der Zahnräder in beide Richtungen erfasst werden. Zu diesem Zweck muss die Richtung der Drehmomentübertragung durch den Zahnradsatz 12 umgekehrt werden, da bei einem Betrieb in eine Drehrichtung die Zähne des Zahnradsatzes 12 nur auf einer Flanke miteinander in Kontakt kommen.
Vorzugsweise sollte jeder der Motoren 14, 18 sowohl als Antriebsmotor als auch als Widerstandsmotor eingesetzt werden können. Wenn dies der Fall ist, kann die Richtung der Drehmomentübertragung durch den Zahnradsatz 12 ohne Unterbrechung des Prüfverfahrens umgekehrt werden. Um den Richtungswechsel der Drehmomentübertragung durchzuführen, wird die Stromzufuhr zum ersten Motor 14 reduziert, bis der zweite Motor 18 zum Antriebsmotor wird, so dass die Drehmomentsübertragungsrichtung des Zahnradsatzes umgekehrt wird und die Zahnräder auf der entgegengesetzten Flanke der Zähne eingreifen. Sobald der zweite Motor 18 Antriebsmotor ist, wird das Prüfverfahren fortgesetzt wie oben für den ersten Motor 14 als Antriebsmotor beschrieben. Auf diese Weise kann die Richtung der Drehmomentübertragung ohne Unterbrechung des Prüfverfahrens umgekehrt werden, so dass die Zykluszeit der Prüfung verkürzt wird. Die Prüfung kann alternativ allerdings auch mit Umkehrmotoren durchgeführt werden. Hierzu wird der Test unterbrochen, die Drehrichtung der Motoren umgekehrt und der Test fortgesetzt.
In einer Abwandlung des Prüfverfahrens kann der Zahnradsatz 12 bei einer konstanten Drehzahl und einem konstanten Drehmoment geprüft werden. Vorzugsweise sollten allerdings Prüfdaten für mehrere Drehmoment-Sollwerte erfasst werden, um Ergebnisse für verschiedene im Normalbetrieb des Zahnradsatzes 12 auftretende Bedingungen zu ermitteln. Hierbei können mehrere diskrete Sollwerte innerhalb eines bestimmten Wertebereichs festgelegt werden. Die Sollwerte sollten vorzugsweise in Intervallen von ca. 13,56 Nm (10 Foot-Pound) festgelegt werden, je nach den Anforderungen der jeweiligen Prüfung können jedoch auch andere Intervalle gewählt werden.
Während der Prüfverfahrens wird das Eingangsdrehmoment des ersten Motors 14 schrittweise von einem Sollwert zum nächsten variiert. Der Graph für dieses Verfahren wird in 5 mit dem Bezugszeichen 28 dargestellt. Das Drehmoment am zweiten Motor 18 wird mit dem jeweiligen Sollwert verglichen, und das Eingangsdrehmoment wird so eingestellt, dass das Drehmoment am zweiten Motor 18 diesem Sollwert entspricht. Wenn dies der Fall ist, werden die NVH-Werte des Zahnradsatzes 12 für den betreffenden Sollwert ermittelt. Anschließend wird der nächste Drehmoment-Sollwert eingestellt, für den eine Prüfung durchgeführt werden soll.
Wie in 5 mit dem Bezugszeichen 30 dargestellt wird, kann das durch den Zahnradsatz 12 übertragene Drehmoment auch kontinuierlich variiert werden. In diesem Fall werden die Daten sofort ermittelt, wenn das am zweiten Motor 18 gemessene Drehmoment mit einem der diskreten Sollwerte übereinstimmt.
Die obige Darlegung beschreibt die bevorzugten Ausführungsformen. Der Fachmann erkennt aus einer derartigen Darlegung und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen ohne weiteres, dass Änderungen und Modifikationen an den bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist. Die bevorzugten Ausführungsformen wurden in illustrativer Weise beschrieben, und es wird darauf hingewiesen, dass die verwendete Terminologie im Sinne beschreibender Wörter und nicht im Sinne einer Einschränkung zu verstehen ist.

Claims

Ein Verfahren zum Ermitteln von Prüfdaten für einen Zahnradsatz, mit den folgenden Verfahrensschritten: – Anschließen des Zahnradsatzes (12) an eine Prüfvorrichtung (10), die einen ersten, als Eingangs-Antriebsmotor dienenden Motor (14) und einen zweiten, als Ausgangs-Widerstandsmotor dienenden Motor (18) aufweist; – Festlegen eines Sollwerts für das Drehmoment; – Betreiben des Antriebsmotors (14) bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl, so dass ein Eingangsdrehmoment an den Zahnradsatz (129 übertragen wird; – Messen des am Widerstandsmotor (18) anliegenden Ausgangsdrehmoments; – Vergleichen des Ausgangsdrehmoments mit dem Drehmoment-Sollwert; – Anpassen des Eingangsdrehmoments, bis das gemessene Ausgangsdrehmoment im Wesentlichen dem Drehmoment-Sollwert entspricht, wobei die Drehzahl des Antriebs- und Widerstandsmotors (14, 18) im Wesentlichen konstant gehalten wird; und – Ermitteln von Prüfdaten.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Prüfdaten bei konstanter Drehzahl und konstantem Drehmoment ermittelt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehrere diskrete Sollwerte innerhalb eines bestimmten Wertebereichs festgelegt werden, und wobei für jeden diskreten Sollwert das Eingangsdrehmoment angepasst wird, bis das gemessene Ausgangsdrehmoment im Wesentlichen dem jeweiligen diskreten Drehmoment-Sollwert entspricht, wobei die Drehzahl des Antriebs- und Widerstandsmotors (14, 18) im Wesentlichen konstant gehalten wird und Prüfdaten bei jedem der diskreten Sollwerte innerhalb des Wertebereichs ermittelt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Eingangsdrehmoment schrittweise auf die diskreten Drehmoment-Sollwerte eingestellt und so angepasst wird, dass das Ausgangsdrehmoment dem jeweiligen diskreten Drehmoment-Sollwert entspricht.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ausgangsdrehmoment innerhalb des Wertebereichs kontinuierlich variiert wird und die Daten jeweils sofort ermittelt werden, wenn das gemessene Drehmoment mit einem der diskreten Sollwerte übereinstimmt.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Daten für jeden der diskreten Sollwerte im Wesentlichen bei derselben Drehzahl ermittelt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder der zwei Motoren (14, 18) sowohl als Antriebsmotor als auch als Widerstandsmotor eingesetzt werden kann und wobei das Verfahren die folgenden Merkmale aufweist: – Einsetzen des ursprünglich als Antriebsmotor verwendeten ersten Motors (14) als Widerstandsmotor und Einsetzen des ursprünglich als Widerstandsmotor verwendeten zweiten Motors (18) als Antriebsmotor; – Festlegen eines Sollwerts für das Drehmoment; – Betreiben des Antriebsmotors (18) bei einer konstanten Drehzahl, so dass ein Eingangsdrehmoment an den Zahnradsatz (12) übertragen wird; – Messen des Ausgangsdrehmoments am Widerstandsmotor (14); – Vergleichen des Ausgangsdrehmoments mit dem Drehmoment-Sollwert; – Anpassen des Eingangsdrehmoments, bis das gemessene Ausgangsdrehmoment im Wesentlichen dem Drehmoment-Sollwert entspricht, wobei die Drehzahl des Antriebs- und Widerstandsmotors (14, 18) im Wesentlichen konstant gehalten wird; und – Ermitteln von Prüfdaten.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich beim Antriebsmotor (14) und beim Widerstandsmotor (18) um Umkehrmotoren handelt und wobei das Verfahren die folgenden Merkmale aufweist: – Unterbrechen der Prüfung und Umkehren der Drehrichtung des Antriebsmotors (14) und des Widerstandsmotors (189, so dass der bisherige Antriebsmotor (149 in einen Widerstandsmotor (14) umgewandelt wird und der Widerstandsmotor (18) in einen Antriebsmotor (18); – Festlegen eines Sollwerts für das Drehmoment; – Betreiben des Antriebsmotors (18) bei einer konstanten Drehzahl, so dass ein Eingangsdrehmoment an den Zahnradsatz (12) übertragen wird; – Messen des Ausgangsdrehmoments am Widerstandsmotor (14); – Vergleichen des Ausgangsdrehmoments mit dem Drehmoment-Sollwert; – Anpassen des Eingangsdrehmoments, bis das gemessene Ausgangsdrehmoment im Wesentlichen dem Drehmoment-Sollwert entspricht, wobei die Drehzahl des Antriebs- und Widerstandsmotors (18, 14) im Wesentlichen konstant gehalten wird; und – Ermitteln von Prüfdaten.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zahnradsatz (12) einen Eingang und zwei Ausgänge aufweist und wobei die Prüfvorrichtung (10) einen Eingangs-Antriebsmotor (14a) und zwei Ausgangs-Widerstandsmotoren (18a) aufweist, das Ausgangsdrehmoment beider Widerstandsmotoren (18a) gemessen und mit dem Drehmoment-Sollwert verglichen wird und wobei die Widerstandsmotoren (18a) synchronisiert werden, um zu gewährleisten, dass das Drehmoment gleichmäßig auf die zwei Widerstandsmotoren (18a) verteilt wird.