DE19728287B4

DE19728287B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Ausrichtung eines Antriebsstranges

Info

Publication number: DE19728287B4
Application number: DE19728287A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Ali Bloomfield Moradi; Michael Dennis Canton Rossmann; Larry Grosse Ile LaBell; Bonita Dearborn Holz
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: GB9714437D0; US5703796A; GB2315330B; DE19728287A1; GB2315330A

Abstract

Verfahren zum Ausrichten eines Antriebsstranges in einem Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, mit den Schritten:
Haltern eines Getriebes (12) und einer Hinterachse (32), die ein Differential (30) aufweist, an der Karosserie (40) des Kraftfahrzeuges,
Haltern eines ersten Endes (18) einer Antriebswelle (14) mittels des Getriebes (12) und Haltern eines zweiten Endes (28) der Antriebswelle (14) am Differential (30),
Positionieren eines Mittellagers (42) für die Antriebswelle (14) an der Karosserie (40) des Kraftfahrzeuges und Haltern der Antriebswelle (14) durch das Mittellager (42),
Messen der Position des Antriebsstranges (10) und
Einbauen wenigstens eines Ausgleichselements (46) zwischen dem Mittellager (42) und der Karosserie (40), dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Positionierens eines Mittellagers (42) das Festlegen einer Nennposition und einer zugehörigen Nennausgleichsscheibe für das Mittelager umfaßt, um eine Justierung mittels der tatsächlich eingebauten Ausgleichsscheibe über oder unter die Nennposition zu ermöglichen,
daß ferner in die Antriebswelle...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausrichtung des Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges.
Bei einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit Hinterradantrieb ist üblicherweise ein Getriebe mit einer Abtriebswelle vorgesehen, die durch eine längliche Antriebswelle mit einer Achs-Baugruppe verbunden ist. Die Antriebswelle umfaßt normalerweise ein Paar Antriebswellen, die mit einem zwischen diesen angeordneten Universalgelenk miteinander verbunden sind. Eine der Antriebswellen wird von einem Mittellager getragen, das an dem Unterboden des Kraftfahrzeuges befestigt ist. Aufgrund von Maßabweichungen bzw. -toleranzen im Karosserieaufbau ist die Antriebswelle selten so ausgerichtet, daß die Rotationsachsen perfekt koaxial verlaufen. Deshalb sind üblicherweise Universalgelenke oder elastische Kupplungen bzw. Gelenkkupplungen an der Verbindungsstelle Getriebe/Antriebswelle wie auch an der Verbindungsstelle Antriebswelle/Hinterachse vorgesehen. Die Gelenke nehmen dort vorhandene Abweichungen in der Ausrichtung auf. Jedoch kann eine zu starke Fehlausrichtung zu einer nicht akzeptablen Verschlechterung bezüglich Lärmentwicklung, Vibrationen und Rauhigkeit (noise, vibration and harshness = NVH) während des Kraftfahrzeugbetriebs führen.
Bekannte Lösungsansätze, eine Fehlausrichtung des Antriebsstranges zu erkennen und zu korrigieren, bestehen in einer Probefahrt nach vollständiger Montage des Kraftfahrzeuges, bei der nicht mehr akzeptable bzw. unzulässige Vibrationsgrade festgestellt werden. Die genaue Vibrationsquelle wird danach diagnostiziert. Jede festgestellte Fehlausrichtung des Antriebsstranges wird nachfolgend korrigiert. Jedoch sind solche Verfahren hinsichtlich der Entdeckung geringerer Fehlausrichtungen unzuverlässig und erfordern außerdem einen hohen Aufwand an Demontage- und Reparaturmaßnahmen am Fahrzeug.

Aus der gattungsgemäßen US 4 844 609 und der US 5 033 292 ist ein Verfahren zum Feststellen von Fehlausrichtungen von Antriebswellen bekannt; jedoch erfordern diese Techniken ein Befestigen eines Gerätes oder mehrerer Geräte am Antriebsstrang und anschließend das Durchführen von Messungen. Diese zusätzlichen Vorgänge verlangsamen den Montagevorgang, erfordern zusätzliche Montage- und Demontagevorgänge und bringen Meßfehler beim Einsetzen der Einrichtung mit sich.

Gemäß der DE 36 27 706 A1 wird vorgeschlagen, ein sensorgeführtes Fertigungs- und/oder Montagesystem durch eine Kamera überwachen und ggf. auch steuern zu lassen. Dieser Vorschlag wird jedoch nicht näher erläutert.

Es wäre somit wünschenswert, ein System zur Ausrichtung eines Antriebsstranges zu schaffen, das Winkel-Fehlausrichtungen des Antriebsstranges während des Einbauvorganges detektiert und korrigiert, ohne zusätzliche Montagevorgänge für den Antriebsstrang zu erfordern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche bzw. welches die Detektion und Korrektur im System vorhandener Fehlausrichtungen während des Anbaus des Antriebsstranges am Kraftfahrzeug ermöglicht, ohne zusätzliche Montagevorgänge zu erfordern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Antriebsstranges, der in ein Kraftfahrzeug gemäß dem Stand der Technik eingebaut wird, und
2 eine Vorderansicht einer Mittellager-Baugruppe, die in ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut wird.
Gemäß 1 weist eine Antriebsstrang-Baugruppe 10 ein Getriebe 12 mit einer mit diesem antreibbar verbundenen Antriebswellen-Baugruppe 14 auf. Die Antriebswellen-Baugruppe 14 umfaßt eine erste längliche Antriebswelle 16, die an einem ersten Ende 18 mit dem Getriebe 12 und an einem zweiten Ende 20 durch ein Universalgelenk bzw. Kreuzgelenk 22 mit dem ersten Ende 24 einer zweiten länglichen Antriebswelle 26 verbunden ist, die dann an einem zweiten Ende 28 mit der Differential-Baugruppe 30 der Hinterachse 32 verbunden ist. Die Antriebswellen-Baugruppe 14 ist mit dem Getriebe 12 und der Hinterachse 32 durch Universalgelenke oder flexible Kupplungen bzw. Gelenkkupplungen 34, 36 an beiden Enden 18, 28 der Antriebswelle 14 verbunden. Das Getriebe 12 und das Differential 30 werden von der Karosserie 40 des Kraftfahrzeuges – wie gemäß dem Stand der Technik bekannt – getragen. Weiterhin ist ein Mittellager 42 vorgesehen, um die Antriebswellen-Baugruppe 14 an der Karosserie 40 drehbar abzustützen.
Abweichungen in der Höhe der an der Karosserie 40 ausgebildeten Montageflächen zur Befestigung des Getriebes, des Differentials oder des Mittellagers können eine vertikale Winkel-Fehlausrichtung der Antriebswelle 14 hervorrufen, was zu Vibrationen des Antriebsstranges führen kann. Ferner können seitliche bzw. Querabweichungen ebenfalls Fehlausrichtungen erzeugen und so Lärm-, Vibrations- und Rauhigkeitsprobleme (NVH-Probleme) des Antriebsstranges hervorrufen. Im Sinne dieser Offenbarung bezieht sich "vertikal" auf eine Verschiebung bzw. einen Versatz senkrecht zu der Ebene, auf der das Fahrzeug steht, und "quer" auf einen Versatz parallel zu der Ebene, auf der das Fahrzeug steht, in eine Richtung senkrecht zur Längsachse des Kraftfahrzeuges.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Karosserie 40 von einem (nicht dargestellten) Förderer für Materialhandhabung getragen, der eine von einem Schleppkreisförderer bzw. Power-and-Free-Förderer getragene Greifertrageinrichtung aufweist, wie es gemäß dem Stand der Technik bekannt ist. Die Karosserie 40 wird über einem (nicht dargestellten) Antriebsstrang-Förderer positioniert, der eine Palette 38 transportiert, die die Antriebsstrang-Baugruppe 10 abstützt und trägt. Der Antriebsstrang-Förderer weist vorzugsweise eine Bodenpalette 38 oder ein (nicht dargestelltes) automatisiertes geführtes Fahrzeug auf, um den Antriebsstrang 10 unter der Karosserie 40 zu positionieren. Der Antriebsstrang 10 wird zur Karosserie 40 hin unter Verwendung von (nicht dargestellten) Hydraulikzylindern gehoben, die auf dem Antriebsstrang-Förderer vorgesehen sind oder die die Palette 38 oder den Antriebsstrang 10 vom Förderer aus hochheben.
Der Antriebsstrang 10 wird vorzugsweise als eine Baugruppe transportiert, wobei die Antriebswelle 14 mit dem vorderen Ende 18 an dem Getriebe 12 und mit dem hinteren Ende 28 an der Hinterachse 32 befestigt ist. Wenn der Antriebsstrang 10 zur Karosserie 40 hin angehoben wird, werden das Getriebe 12 und die Achse 32 an der Karosserie 40 in herkömmlicher Weise befestigt. Das Mittellager 42 wird in seine Position an der Karosserie 40 angehoben, jedoch vorzugsweise nicht befestigt.
Nachdem der Antriebsstrang 10 wie vorstehend beschrieben an der Karosserie 40 positioniert ist, wird die vertikale Lage des Getriebes 12, des Differentials 30 und der Antriebswellen-Baugruppe 14 gemessen. In einer alternativen Ausführungsform wird die Position dieser Bauteile in der Quer- und in der Längsachse ebenfalls gemessen.
Alternativ kann die Karosserie 40 vom Karosserie-Förderer auf eine (nicht dargestellte) Halte- bzw. Montageeinrichtung abgesenkt werden, die die örtliche Lage der Karosserie 40 unter Verwendung von an der Montageeinrichtung vorgesehenen Stiften bzw. Bolzen festlegt, die in (nicht dargestellte) Hauptleitlöcher eingreifen, die in der Karosserie 40 zur genauen Befestigung der Karosserie 40 ausgebildet sind, wie gemäß dem Stand der Technik bekannt ist. Der Antriebsstrang 10 wird dann an der Karosserie 40 wie vorstehend beschrieben positioniert und es werden Messungen durchgeführt sowie der Antriebsstrang durch Ausgleichsscheiben ausgerichtet.
Die vorstehend beschriebenen Messungen werden vorzugsweise unter Verwendung berührungsloser Verfahren durchgeführt. Zu einem bevorzugten Meßverfahren gehört ein Kamera-Meßsystem der Perceptron, Inc. (Farmington, Michigan, USA). In einem bevorzugten System wird ein Perceptron-P1000-System verwendet, zu dem zehn eine Kontur abtastende Perceptron-911-0011-Tricam-Kameras (Tricam Contour Sensing cameras) 44 gehören, die auf das Getriebe 12, das Differential 30 und die Antriebswellen-Baugruppe 14 gerichtet werden, nachdem der Antriebsstrang wie vorstehend beschrieben an der Karosserie 40 positioniert ist. Die Kameras 44 messen die Position der Antriebsstrang-Baugruppe 10. Ein Computer berechnet die Ausrichtung des Antriebsstranges 10 und eine optimale Justierung am Mittellager 42.
Die Kameras 44 sind auf mehrere Punkte des Antriebsstranges 10 gerichtet, einschließlich der Mittellinie der vorderen und der hinteren Antriebswelle nahe jedem Ende 18, 20, 24, 28 jeder Antriebswelle 16, 26. Die Kameras 44 tasten die Oberfläche der Antriebswellen 16, 26 ab und bestimmen einen Mittelpunkt des Bogens, um die Mittellinie der Antriebswellen 16, 26 an diesen Punkten zu berechnen. Andere Kameras 44 messen Punkte am Getriebegehäuse 12 und am Differentialgehäuse 30. Zu den Punkten am Getriebe und am Differential 12, 30 gehören vorzugsweise (nicht dargestellte) Flansche, Rippen oder Reißlinien, die in die Getriebe- und in die Differentialgehäuse eingegossen oder eingearbeitet sind.
Alternative (nicht dargestellte) Verfahren könnten verwendet werden, um die Position des Antriebsstranges zu bestimmen, wie zum Beispiel Verwenden einer Koordinatenmeßmaschine (CMM) oder jeder anderen Einrichtung, die zum Messen solcher zusammengesetzter Bauteile bekannt ist.
Sobald die Messungen durchgeführt sind, wird ein (nicht dargestellter) Computer eingesetzt, um vertikale Fehlausrichtungen des Antriebsstranges 10 sowie eine Korrektur an der Stelle des Mittellagers 42 zu berechnen. Der Computer berechnet den Betrag des Abstandes, um den das Mittellager 42 vertikal verschoben werden muß, um für eine optimale Ausrichtung der Antriebswelle 14 in der jeweiligen Karosserie 40 zu sorgen. Eine (nicht dargestellte) Anzeigeeinrichtung gibt der Bedienungsperson die Dicke einer Beilage bzw. Unterlage 46 an, die zwischen dem Mittellager 42 und der Lager-Befestigungsfläche 48 an der Kraftfahrzeug-Karosserie 40 positioniert werden muß, wie in 2 gezeigt, um für eine optimale vertikale Ausrichtung der Antriebswelle 14 zu sorgen. Die Anzeigeeinrichtung kann auch eine Quer- und eine Längsverschiebung angeben, um die das Mittellager 42 bewegt werden sollte, um eine optimale Positionierung und Querausrichtung des Antriebsstranges 10 zu bewirken. Die Bedienungsperson baut dann die notwendige(n) Ausgleichsscheibe(n) (shims) 44 ein und positioniert dementsprechend das Mittellager 42, bevor das Mittellager 42 an der Karosserie 40 in bekannter Weise unter Verwendung von Schrauben 50 befestigt wird.
Für die Befestigung des Mittellagers 42 zwischen dem Mittellager 42 und der Karosserie 40 wird eine Nennausgleichsscheibe 46 spezifiziert, wodurch eine Justierung entweder über oder unter eine Nennposition ermöglicht wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird eine sieben Millimeter dicke vertikale Nennausgleichsscheibe 46 vorgesehen, um Abweichungen bzw. Toleranzen des Karosserieaufbaus 40 und des Antriebsstranges 10 aufzunehmen.
Sobald das Mittellager 42 wie vorstehend beschrieben befestigt ist, wird vorzugsweise eine zweite Messung durchgeführt, um eine richtige Ausrichtung des Antriebsstranges 10 zu gewährleisten. Falls gewünscht, kann der Bedienungsperson eine zweite Korrektur vorgegeben werden, um das Mittellager 42 vertikal und/oder in Querrichtung umzupositionieren. Jedoch ist üblicherweise eine zweite Korrektur nicht notwendig, um eine akzeptable Ausrichtung zu erzielen.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Längs- und die Querverschiebung des Antriebsstranges 10 durch Maßkontrolle der Karosserie 40 und durch Einrichtungen zur Festlegung der örtlichen Lage in der Fertigung kontrolliert, wie sie gemäß dem Stand der Technik bekannt sind. Eine der Befestigungen für das Mittellager ist vorzugsweise ein auf genaues Maß gebrachtes Loch durch die Haltelasche bzw. -klammer für das Mittellager 42, die die örtliche Lage des Lagers sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung zur Karosserie 40 festlegt. Die zweite Befestigung ist ein überbemessenes Loch oder ein Schlitz, mit dem Abweichungen bzw. Toleranzen in der Karosserie 40 und im Mittellager 42 aufgenommen werden können. Die vertikale Verschiebung des Mittellagers 42 wird gemessen und wie vorstehend beschrieben durch Ausgleichsscheiben kompensiert, um eine optimale Ausrichtung der Antriebswelle 14 zu erzielen. Ferner können durch Sammlung von Daten über längere Zeit Tendenzen festgestellt und der Antriebsstrang 10 in geeigneter Weise für eine gegebene Tendenz mit Ausgleichsscheiben versehen werden, falls festgestellt wird, daß eine bestimmte Kombination von Karosserieaufbau und Antriebsstrang 10 eine gleichbleibende Dicke einer Ausgleichsscheibe 46 erfordert, um einen akzeptablen Antriebsstrang 10 herzustellen. Auf diese Weise kann die Häufigkeit der Messungen mit der Zeit reduziert werden und die Karosserie und der Antriebsstrang unabhängig voneinander gemessen und die geeigneten Ausgleichsscheiben eingebaut werden.
In einer alternativen Ausführungsform werden der vordere Bereich 18 der vorderen Antriebswelle, der hintere Bereich 20 der vorderen Antriebswelle, der vordere Bereich 24 der hinteren Antriebswelle und der hintere Bereich 28 der hinteren Antriebswelle wie vorstehend beschrieben vermessen, wobei vorzugsweise eine kontaktlose Messung verwendet wird. Die Antriebswelle 14 wird dann am Mittellager 42 unter Verwendung der Messungen am vorderen Bereich und am hinteren Bereich der Antriebswellen unter Einsatz des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgerichtet. Diese alternative Ausführungsform korrigiert nur Fehlausrichtungen der Antriebswelle und berücksichtigt nicht eine Fehlposition der verbleibenden Teile des Antriebsstranges 10.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird der Antriebsstrang 10 an der Karosserie 40 des Kraftfahrzeuges positioniert, jedoch werden die Hinterachse 32 und das Mittellager 42 nicht befestigt. Die Ausrichtung des Antriebsstranges 10 wird wie vorstehend beschrieben gemessen, und Berechnungen werden durchgeführt, um Ausgleichsscheiben 46 zwischen der Achse 32 und der Karosserie 40 sowie eine Ausgleichsscheibe 46 zwischen dem Mittellager 42 und der Karosserie 40 vorzusehen, und zwar in ähnlicher Weise wie die vorstehend beschriebenen Berechnungen für das Mittellager 42 allein. Die Ausgleichsscheiben 46 werden eingebaut und der Antriebsstrang 10 wie vorstehend beschrieben befestigt. Ferner können Berechnungen vorgesehen werden, um seitliche oder axiale Justierungen der Achse 32 und des Mittellagers 42 durchzuführen und so den Antriebsstrang 10 an der Karosserie 40 vor dem Befestigen des Antriebsstranges 10 genauer zu positionieren.

Claims

Verfahren zum Ausrichten eines Antriebsstranges in einem Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, mit den Schritten: Haltern eines Getriebes (12) und einer Hinterachse (32), die ein Differential (30) aufweist, an der Karosserie (40) des Kraftfahrzeuges, Haltern eines ersten Endes (18) einer Antriebswelle (14) mittels des Getriebes (12) und Haltern eines zweiten Endes (28) der Antriebswelle (14) am Differential (30), Positionieren eines Mittellagers (42) für die Antriebswelle (14) an der Karosserie (40) des Kraftfahrzeuges und Haltern der Antriebswelle (14) durch das Mittellager (42), Messen der Position des Antriebsstranges (10) und Einbauen wenigstens eines Ausgleichselements (46) zwischen dem Mittellager (42) und der Karosserie (40), dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Positionierens eines Mittellagers (42) das Festlegen einer Nennposition und einer zugehörigen Nennausgleichsscheibe für das Mittelager umfaßt, um eine Justierung mittels der tatsächlich eingebauten Ausgleichsscheibe über oder unter die Nennposition zu ermöglichen, daß ferner in die Antriebswelle (14) für die Lage ihrer Mittellinie sowie in das Getriebe- und in das Differentialgehäuse bleibende, von außen lesbare Markierungen eingearbeitet werden und daß die Lage der Markierungen berührungslos gemessen und aus deren vertikalen Lage die Dicke des wenigstens einen einzubauenden Ausgleichselements berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Antriebsstranges (10) gemessen wird, bevor das Mittellager (42) an der Karosserie (40) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Messen der Position des Antriebsstranges (10) ein Messen der vertikalen Lage der Antriebswelle (14) an dem vorderen Bereich (18), in der Mitte (20, 24) und an dem hinteren Bereich (28) der Antriebswelle (14) umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Antriebswelle (14) in Querrichtung im vorderen Bereich (18), in der Mitte (20, 24) und im hinteren Bereich (28) der Antriebswelle (14) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittellager (42) in Querrichtung bewegt wird, um die Mitte der Antriebswelle (20, 24) bezüglich der vorderen und der hinteren Enden (18, 28) auszurichten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Antriebswelle (14), des Getriebes (12) und des Differentials (30) in Längsrichtung gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang (10) unter Verwendung von Perceptron-Kameras vermessen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Perceptron-P1000-System zum Bestimmen der Dicke der Ausgleichselemente eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koordinatenmeßmaschine zum Messen der Position des Antriebsstranges (10) eingesetzt wird.
Vorrichtung zum Messen der Ausrichtung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit einer Karosserie, mit Mitteln zum Haltern der Karosserie (40) eines Kraftfahrzeuges, das einen Antriebsstrang (10) mit einem Getriebe (12), einer Antriebswelle (14) und einer daran befestigten Hinterachse (32) aufweist, die ihrerseits mit einem Differential (30) versehen ist, Mitteln zum Haltern der Antriebswelle (14) an einem ersten Ende (18) mittels des Getriebes (12) und zum Haltern der Antriebswelle (14) an einem zweiten Ende (28) mittels des Differentials (30), Mitteln zum Positionieren eines Mittellagers (42) für die Antriebswelle (14) an der Karosserie (40) des Kraft fahrzeuges und ferner zum Haltern der Antriebswelle (14) durch das Mittellager (42), Mitteln zum Messen der Position des Antriebsstranges (10) und mit wenigstens einem Ausgleichselement (46) zwischen dem Mittellager (42) und der Karosserie (40), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Positionieren des Mittellagers (42) Mittel zum Festlegen einer Nennposition und einer zugehörigen Nennausgleichsscheibe für das Mittellager umfassen, um eine Justierung mittels der tatsächlich eingebauten Ausgleichsscheibe über oder unter die Nennposition zu ermöglichen, daß ferner an der Antriebswelle (14) für die Lage ihrer Mittellinie sowie am Getriebe- und am Differentialgehäuse bleibende, von außen lesbare Markierungen angebracht sind, und daß Mittel zum berührungslosen Messen der Markierungen und zum Berechnen der Dicke des wenigstens einen Ausgleichselements aus diesen Messungen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Messen der Position des Antriebsstranges (10) eine Perceptron-Kamera aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen der Dicke der Ausgleichselemente ein Perceptron-P1000-System aufweisen.