DE2942209A1 - Verfahren und einrichtung zur qualitaetskontrolle bei antriebsachsen von fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dabei kommt eine Antriebsachse in Betracht, die ein Differentialgetriebe mit einem Antriebszahnrad und einem angetriebenen Zahnrad trägt, die jeweils in einem Lager angeordnet sind und den Antrieb auf ein Differentialzahnrad übertragen. Von dem Differentialgetriebe ausgehend sind dann zwei angetriebene Halbachsen vorgesehen.

Die Qualitätskontrolle derartiger Antriebsachsen wird normalerweise am Ende einer Fertigungsstraße durch akustische überprüfung des im Betrieb mit der Antriebsachse erzeugten Geräuschs durchgeführt.

Diese Art der Kontrolle hängt von der Empfindlichkeit der Bedienungsperson ab und hat sich als nicht ausreichend zuverlässig erwiesen. Ferner liefert sie keine Anzeige der Art eines Fehlers und ermöglicht deshalb keine genaue Identifizierung eines schadhaften Teils.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kontrollverfahren anzugeben, durch das es möglich wird, jegliche Anomalie in der Arbeitsweise der Einzelteile von Antriebsachsen automatisch festzustellen, zu lokalisieren und zu identifizieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, insbesondere eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die bei der Qualitätskontrolle feststellbaren Anomalien sind lokalisierte Defekte der Zahnung des treibenden und des

030017/09 25

angetriebenen Zahnrads, die zyklisch Unregelmäßigkeiten bei der Antriebsübertragung und "Stöße" erzeugen, eine exzentrische Montage des treibenden und des angetriebenen Zahnrads, durch die eine zyklische Änderung der Kontaktfläche zwischen den Zähnen der Zahnräder hervorgerufen wird, unregelmäßiger Eingriff der beiden Zahnräder ineinander sowie Betriebsfehler der Lager der beiden Zahnräder.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Einrichtung macht eine Qualitätskontrolle einer auf einer Haltekonstruktion angeordneten Antriebsachse in schneller, zuverlässiger und direkter Weise am Ende einer Fertigungsstraße möglich. Die Einrichtung erfordert keine Voreinstellung oder Eichung von Beschleunigungsmessern, da diese zu der Haltekonstruktion selbst gehören. Dadurch wird es möglich, einerseits die Einstellung der Einrichtung vor der Qualitätskontrolle zu vereinfachen, andererseits eine höhere Zuverlässigkeit der Auswertung der von den Beschleunigungsmessern gelieferten Signale zu erreichen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen des Verfahrens sowie einer Einrichtung zu seiner Durchführung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Qualitätskontrolle mit einer zu prüfenden Antriebsachse in teilweiser geschnittener Darstellung sowie mit einer elektronischen Signal-Verarbeitungsschaltung in Blockdarstellung,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Antriebsachse auf einer Haltekonstruktion,

030017/0925

Fig. 3 den vergrößerten Schnitt 3-3 räch Fig. 1 und

Fig. 4, 5 und 6 Blockbilder von Teilen der elektronischen Signalverarbeitungsschaltung.

Wie aus den Figuren hervorgeht, umfaßt die Kontrolleinrichtung eine Haltekonstruktion 10 in Form eines Gestells.

An der Oberseite des Gestells 10 ist eine Platte 12 lösbar befestigt, die mit zwei vertikalen Stützen 14 versehen ist. Zwei diagonale Verbindungsstangen 16 und 18 sind an der Platte 12 nahe ihrer einen Kante schwenkbar befestigt.

Die Stützen 14 dienen zur Haltung einer Antriebsachse 20 eines Motorfahrzeugs. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies eine starre Achse, die ein längliches, rohrförmiges Gehäuse 22 hat, das in seiner Mitte eine Vergrößerung in Form eines Gehäuses 24 aufweist. In dem Gehäuse 24 ist ein Differentialgetriebe bekannter Art angeordnet, das zwei Halbachsen 28, 30 antreibt, die koaxial in dem Gehäuse 22 angeordnet sind.

Das Differentialgetriebe enthält eine Anordnung 26 in einem Käfig gehaltener Differentialzahnräder, die in Kegelzahnräder eingreifen, welche auf den Antriebsachsen 28 und 36 vorgesehen sind. Die Anordnung 26 wird durch zwei Kegelzahnräder angetrieben, die ein mit den Halbachsen 28, 30 koaxiales Kronenrad 32 umfassen, das in dem Gehäuse 22 mit zwei Rollenlagern 34 drehbar gelagert ist. Ferner ist ein Antriebsritzel 36 vorgesehen, das in das Kronenrad 32 eingreift und in dem Gehäuse 22 mit Rollenlagern 38 drehbar gelagert ist.

Das Ritzel 36 ist koaxial mit einem Kopplungsflansch 40 angeordnet, der außerhalb des Gehäuses 24 angeordnet ist.

030017/0925

Die Antriebsachse ist auf dem Gestell 10 (Fig. 1 und 2) gehalten, wozu die vertikalen Stützen 14 starr mit den Endabschnitten des Gehäuses 22 verbunden sind, was der Montage der Antriebsachse 22 an dem Fahrgestell eines Motorfahrzeugs entspricht. Die freien Enden der Verbindungsstangen 16, 18 sind mit dem Gehäuse 22 durch Gelenke verbunden, die zwischen dem Gehäuse 24 und jeweils einer Stütze 14 angeordnet sind.

Der Flansch 40, der mit dem Ritzel 36 verbunden ist, ist ferner mit einem Flansch 42 verbunden, der am Ende der Abtriebswelle eines Elektromotors 44 vorgesehen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen Gleichstrommotor .

Die freien Enden der Antriebsachsen 28, 30 sind mit Bremsen 46, 48 gekoppelt, die ein Widerstandsmoment bei der Überprüfung auf die Antriebsachse 20 ausüben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um elektrische Induktionsbremsen.

Die Kontrolleinrichtung enthält ferner einen Winkelgeschwindigkeitssensor 50, der beispielsweise nach dem elektromagnetischen Prinzip arbeitet und an dem Gestell 10 befestigt ist. Er ist dem Flansch 42 des Elektromotors 44 zugeordnet.

Drei Beschleunigungsmesser 52, 54 und 56 (Fig. 3) sind etwa in der Mitte der Verbindungsstange 16 vorgesehen. Sie enthalten piezoelektrische Wandler, die jeweils in Richtung einer von drei rechtwinklig zueinander stehenden Bezugsachsen X, Y und Z arbeiten. Die Achse Y verläuft parallel zur Längsachse der Verbindungsstange 16. Die Beschleunigungswandler 52, 54 und 56 liefern elektrische Signale, die die den Bezugsachsen λ, Υ und Z entsprechenden Komponenten der Beschleunigung angeben,

030017/092B

welche bei der Qualitätskontrolle von der Antriebsachse 20 auf die Verbindungsstange 16 übertragen wird. Da die Wandler 52, 54 und 56 mit dem Rahmen 10 verbunden sind, ist es nicht erforderlich, vor der Kontrolle der Antriebsachse 20 eine Einstellung oder Eichung vorzunehmen, wenn die Antriebsachse schon auf dem Gestell 10 montiert ist. Dies macht es möglich, die überprüfung zu vereinfachen und die hierzu erforderliche Zeit zu verkürzen (das Kontrollverfahren selbst wird im folgenden noch eingehend erläutert). Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß anstelle einer starren Antriebsachse 20 auch Antriebsachsen anderer Form kontrolliert werden können, indem lediglich die Platte 12 gegen eine andere Platte ausgetauscht wird, die der Form und den Abmessungen einer anderen Achsenart angepaßt ist.

Die Kontrolleinrichtung enthält ferner eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung, die die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 52, 54 und 56 sowie des Geschwindigkeitssensors 50 aufnimmt und daraus Parameterwerte zum Vergleich mit vorbestimmten Referenzwerten ableitet. Die Ergebnisse dieser Vergleiche liefern eine Anzeige für Anomalien der Kegelzahnräder 32, 36 und/oder der entsprechenden Lager 34,

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, enthält die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung eine erste Analogschaltung 58, eine zweite Analogschaltung 60 und eine Gruppe von Filtern 62. Die Eingänge der Analogschaltungen 58 und 60 und der Filter 62 sind mit dem Ausgang des Beschleunigungsmessers 52 verbunden. Die Einrichtung enthält ferner drei untereinander verbundene Demodulatorschaltungen 64, 66 und 68, deren Eingänge mit den Ausgängen der Beschleunigungsmesser 52, 54, 56 verbunden sind, scvie eine Schaltung 70, deren Eingang mit dem Ausgang des Geschwindigkeitssensors 50 verbunden ist.

030017/0925

Die Ausgangssignale der Analogschaltungen 58, 60 sind einer digitalen Schnittstelle 74 zugeführt, während die Ausgangssignale der Filtergruppe 62, der Demodulatoren 64, 66 und und der Schaltung 70 mit einer Schaltung 72 verbunden sind, die einen Analog-Digital-Umsetzer enthält.

Die Ausgangssignale der Digital-Schnittsteile 74 und der Schaltung 72 sind mit einem Prozessor 76 verbunden. Dieser kann beispielsweise ein Mikroprozessor des Typs ULP 32 der Firma S.E.P.A., Turin, sein.

Der Prozessor 76 ist mit einem Bedienungsfeld 78, mit einem Bedienungsfeld 80 und mit einem Drucker 82 verbunden.

Das Bedienungsfeld 80 ist mit zwei Reihen von jeweils vier Anzeigelampen 84, 86 und mit einer weiteren Anzeigelampe 88 versehen.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, enthält die erste Analogschaltung einen Vergleicher 90, der zwei Eingänge aufweist. Diese sind über eine Pegelanpassungsschaltung 91 bzw. über eine Effektivwertschaltung 92 zur Bildung eines quadratischen Mittelwertes mit dem Ausgang des Beschleunigungsmessers 52 verbunden. Die Mittelwertschaltung 92 gibt ein Signal ab, das dem quadratischen Mittelwert des von dem Beschleunigungsmesser 52 gelieferten Signals entspricht. Das Ausgangssignal des Vergleichers 90 ist mit dem Eingang eines Zählers 94 verbunden, der zählt, wie oft der quadratische Mittelwert des von dem Beschleunigungsmesser 52 gelieferten Signals durch den Augenblickswert eines vorbestimmten Prozentanteils dieses Signals überschritten wird (dieser vorbestimmte Prozentwert wird durch die Pegel; passungsschaltung 91 eingestellt und beträgt beispielsweise 70s). Der

030017/0925

Zähler 94 gibt ein Signal an die Digital-Schnittstelle 74 ab, wenn sein Zählerstand gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, der beispielsweise auf 10 eingestellt sein kann.

Die zweite Analogschaltung 60 (Fig. 5) enthält ein Bandpaß filter 96, das direkt mit dem Ausgang des Beschleunigungsmessers 52 verbunden ist und auf die Eingriffsfrequenz der Kegelzahnräder 32 und 36 abgestimmt ist. Diese Frequenz entspricht der Umdrehungszahl pro Minute des Ritzels 36, multipliziert mit seiner Zahnzahl und geteilt durch 60. Das Ausgangssignal des Bandpaf/ilters 96 ist auf den Eingang eines Hullkurvendemodulators 98 geführt, dessen Ausgangssignal mit einer Schaltung 100 zur Bildung eines quadratischen Mittelwerts verbunden ist. Das Ausgangssignal dieser Mittelwertschaltung 100 ist mit einem Eingang eines Vergleichers 102 verbunden, dessen zweiter Eingang durch ein elektrisches Signal gespeist wird, das einem vorbestimmtem Schwellwert entspricht und auf dem Bedienungsfeld 78 des Prozessors 76 eingestellt werden kann.

Die Filtergruppe 62 umfaßt sechs Bandpaßfilter, deren Mittenfrequenzen einen gegenseitigen Abstand von 1/3 Oktave haben. Diese Frequenzen sind 3,15, 4, 5, 6,3, 8 und 10 kHz. Die Eingänge aller Filter sind mit dem Ausgang des Beschleunigungsmessers 52 verbunden, während dor Ausgang eines jeden Filters über jeweils eine Mittelwertschaltung mit dem Analog-Digital-Umsetzer der Schaltung 72 verbunden ist.

Die Schaltung 70 am Ausgang des Winkelgeschwindigkeitssensors 50 enthält einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer (nicht dargestellt) bekannter Art, dessen Ausgangssignal der Schaltung 72 zugeführt ist. Die Schaltung 70 enthält ferner einen Normalfequenzgenerator mit Frequenzsynthese (gleichfalls für sich bekannt und nicht dargestellt), der zwei sinusförmige Signale mit einer

030017/0925

Phasenverschiebung von 90° abgibt, deren Frequenz gleich der Eingriffsfrequenz der Zahnräder ist. Die Ausgangssignale des Normalfrequenzgenerators sind somit sinoj. t und cos GJ. t, wobei oj. die Eingriffsfrequenz der Kegelzahlräder 32, 36 ist.

Die Ausgangssignale des Normalfrequenzgenerators der Schaltung 70 sind den drei Demodulatoren 64, 66 und 68 zugeführt, die als Kohärenz-Demodulatoren arbeiten. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, enthält jeder Kohärenz-Demodulator 64, 66, 68 zwei Multiplizierschaltungen 104, deren einer Eingang jeweils mit einem Ausgang des Normalfrequenzgenerators der Schaltung 70 verbunden ist, während der andere Eingang mit dem jeweils relevanten Beschleunigungsmesser 52, 54, 56 verbunden ist. Das Ausgangssignal eines jeden Multiplizierers 104 ist mit einer Schaltung 106 zur Erzeugung eines quadratischen Mittelwerts verbunden.

Die Ausgangssignale der Schaltungen 106 sind mit den Eingängen eines Multiplexers (nicht dargestellt) bekannter Art verbunden, der in der Schaltung 72 vorgesehen ist. Die Taktsignale für diesen Multiplexer werden durch das Ausgangssignal des Frequenz-Spannungs-Umsetzers der Schaltung 70 gebildet. Der Ausgang des Multiplexers ist mit dem Analog-Digital-Umsetzer der Schaltung 72 verbunden.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Kontrolleinrichtung für die Kontrolle der Antriebsachse 20 erläutert.

Nach der Einstellung und Befestigung der Antriebsachse 20 auf dem Gestell 10 wird der Elektromotor 44 eingeschaltet und dreht das Ritzel 36 sowie das Kronenrad 3 2 über die Flansche 42 und 44. Während einer ersten Phase des Kontrollverfahrens

030017/0925

29A2209

entspricht die Drehrichtung der Abtriobsv;elle des Motors 44 und damit der Zahnräder 36, 32 sowie der Antriebsachsen 28, 30 dem Vorwärts!auf der Antriebsachse 20. Während dieser Phase üben die elektrischen Induktionsbremsen 46, 48 ein Widerstandsmoment auf die freien Enden der Antriebsachsen 28, 30 aus, das dem Widerstandsmoment entspricht, das auf die Antriebsachse 20 von den angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeugs während des Normalbetriebs übertragen wird.

In der ersten Phase des Kontrollverfahrens wird das Ritzel während dreier aufeinanderfolgender Zeitintervalle mit konstanter Geschwindigkeit entsprechend etwa 1500 U/min, mit allmählich ansteigender Geschwindigkeit von ca. 1500 U/min bis 4500 U/min und dann mit konstanter Geschwindigkeit entsprechend ca. 4500 U/min angetrieben. Diese Zeitintervalle betragen 3s, 45s und 6s.

Während des ersten Zeitintervalls, das einer konstanten Drehzahl von 1500 U/min entspricht, wird nur das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 52 ausgewertet. Das Signal wird den beiden Analogschaltungen 58 und 60 zugeführt.

Das Eingangssignal der ersten Analogschaltung 58 gelangt über die Pegelanpassungsschaltung 91 auf einen Eingang des Vergleichers 90 und über die Mittelwertschaltung 92 auf den anderen Eingang des Vergleichers 90. Der Vergleicher 90 vergleicht die beiden ihm zugeführten Signale und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Mittelwertsignal des Beschleunigungsmessers 52 von dem Augenblickswert eines vorbestimmten prozentualen Anteils dieses Signals (der durch die Schaltung 91 eingestellt ist) überschritten wird. Der Zähler 94 zählt die Anzahl der Ausgangsimpulse des Vergleichen 90, und bei Erreichen eines vorbestimmten Zählwertes (beispielsweise 10) ändert sich der Zustand seines Ausgangssignals

030017/0928

von "Nein" zu "Ja". Das Ausgangssignal des Zählers 94 wird über die digitale Schnittstelle 74 dem Prozessor 76 zugeführt, sobald dieser das Signal anfordert. Wenn während des ersten Zeitintervalls des Kontrollverfahrens das Ausgangssignal des Zählers 94 den Zustand "Ja" hat, so zeigt der Prozessor 76 dies visuell an, indem er eine der Anzeigelampen 84 auf dem Bedienungsfeld 80 einschaltet. Das Aufleuchten dieser Lampe 8! zeigt einen lokalisierten Defekt eines Zahns der beiden Zahnr^Jer 32, 36 an, wodurch eine zyklische Unregelmäßigkeit der Bewegungsübertragung zwischen diesen Zahnrädern verursacht wird, die ein Stoßgeräusch erzeugt. Ein solcher Fehler kann beispielsweise durch eine Spanbildung oder einen anderen Schaden hervorgerufen sein, der bei der Herstellung durch Stoßeinwirkung erzeugt wird.

Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Beschleunigunjsmessers 52 auch der zweiten Analogschaltung 60 zugeführt. Dieses Signal wird über das Filter 96 geführt, welches auf die Eingriffsfrequenz abgestimmt ist. Es gelangt dann auf den Hüllkurvendemodulator 98. Der quadratische Mittelwert dieses Signals, der durch die Schaltung 100 erzeugt wird, wird in dem Vergleicher 102 mit dem Schwellenwert verglichen, der am Bedienungsfeld 78 des Prozessors 76 eingestellt wird. Das Ausgangssignal des Vergleichcrs 102 hat den Zustand "Ja", wenn das Signal des Beschleunigungsmessers 52 den Schwellenwert überschreitet, während es den Zustand "Nein" hat, wenn das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers kleiner als dieser Schwellenwert ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 102 gelangt über die Digital-Schnittstelle 74 auf den Prozessor 76, wenn dieser es anfordert. Wenn das Signal den Zustand "Ja" hat, :;o zeigt der Prozessor 76 dies visuell durch Einschalten einer der Anzeigelampen 84 an. Das Aufleuchten dieser Lampe 84 kennzeichnet eine zyklische Variation der Abrollfläche zwischen

030017/0925

den Zähnen der Zahnräder 32 und 36, was auf eine exzentrische Montage eines der Zahnräder 32, 36 zurückgeführt werden kann.

Während des zweiten Zeitintervalls, in dem das Zahnrad 36 mit einer Geschwindigkeit gedreht wird, die ausgehend von 1500 U/min allmählich auf 4500 U/min ansteigt, werden die Ausgangssignale der drei Beschleunigungsmesser ausgewertet. Während dieses Intervalls "folgen" die drei Demodulatoren 64, 66, 68 der Eingriffsfrequenz der Zahnräder 32, 36. Die Multiplizierschaltungen 104 der Demodulatoren 64, 66, 68 multiplizieren die Ausgangssigriale der Beschleunigungsmesser 52, 54, 56 mit den sinusförmigen Signalen sinu. t und cosoJ. t, die von dem Normalfrequenzgenerator der Schaltung 70 geliefert werden. Die Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen 104 werden über die Schaltungen 106 dem Multiplexer der Schaltung 72 zugeführt. Dieser Multiplexer liefert in regelmäßigen Intervallen, die durch die Signale des Frequenz-Spannungs-Umsetzers der Schaltung 70 bestimmt sind, an den Analog-Digital-Umsetzer der Schaltung 72 die synthetisierten und quadrierten Signalpaare entsprechend den drei Beschleunigungsmessern 52, 54, 56. Diese Signalpaare werden dem Prozessor 76 zugeführt, der die für- jedes Paar erhaltenen Werte addiert, so daß sich Werte ergeben, die den Quadraten der Komponenten der Bezugsachsen X, Y und Z für die Augenblicksbeschleunigung entsprechen, die von der Antriebsachse 20 auf die Verbindungsstange 16 übertragen wird. Aus diesen Vierten, die im Prozessor 76 gespeichert werden, ergibt sich der Quadratwert des Moduls der Beschleunigung, die von der Antriebsachse 20 auf die Verbindungsstange 16 übertragen wird. Auf diese Weise erhält man Augenblicks-Beschleunigungswerte, die jeweils dem Wert der Vibration entsprechen, die durch die Zahnräder 32, 36 verursacht wird.

030017/0925

Dies geschieht unabhängig von der relativen Phase zwischen den drei mit den Beschleunigungsmessern 52, 54 und 56 gelieferten Signalkomponenten.

Die Quadratwerte des Beschleunigungsmoduls werden zur Erzeugung eines Parameters benutzt, der im Prozessor 76 mit einem vorbestimmten Schwellengrenzwert verglichen wird. Dieser Parameter kann beispielsweise das Mittel der Mittelwerte der Beschleunigung sein, die sich bei einer Reihe von Abtastintervallen entsprechend verschiedenen Werten der Winkelgeschwindigkeit des Ritzels 36 ergeben. Die Anzahl und Dauer dieser Abtastintervalle können geändert werden (durch Änderung der dem Prozessor 76 zuzuführenden Befehle vor dem Beginn des Kontrollverfahrens) abhängig von der jeweils vorgegebenen Kontrollvorschrift oder in Anpassung des Kontrollverfahrens an Antriebsachsen unterschiedlicher Art oder unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse.

Am Ende des Vergleichsvorgangs zeigt der Prozessor 76 durch Einschaltung einer Anzeigelampe 84 an, daß ggf. der ermittelte Parameter den Schwellenwert überschritten hat. Das Aufleuchten der Lampe 84 zeigt einen fehlerhaften Eingriff zwischen den Zähnen der Zahnräder 32, 36 an, wodurch ein unregelmäßiges Eingriffsgeräusch erzeugt wird.

Während des dritten Zeitintervalls, bei dem das Ritzel 36 mit konstanter Geschwindigkeit von etwa 4 500 U/min angetrieben wird, wird nur das Signal des Beschleunigungsmessers 52 ausgewertet, welches der Filtergruppe 62 zugeführt wird. Das Signal wird in sechs Frequenzbänder gefiltert, deren Mittenfrequenzen einen gegenseitigen Abstand von 1/3 Oktave, haben und die bei 3,15, 4, 5, 6,3, 8 und 10 kHz liegen. Der

030017/0925

quadratische Mittelwert des Ausgangssjgnals eines jeden Filters wird über den Analog-Digital-Umsetzer 72 dem Prozessor 76 zugeführt, der diese Signale mit vorbestimmten Schwellenwerten vergleicht. Wenn die Werte der den Frequenzbändern mit der Mittenfrequenz 8 und 10 kHz entsprechenden Signale größer als die entsprechenden vorbestimmten Werte sind, so schaltet der Prozessor 76 eine Anzeigelampe 84 ein. Dadurch wird angezeigt, daß in den Lagern 38 dos Ritzels 36 ein Fehler vorliegt.

Wenn die den Frequenzbändern mit einer Mittenfrequenz von 5, 6,3, 8 und 10 kHz entsprechenden Signale größer als die entsprechenden Schwellenwerte sind, so schaltet der Prozessor 76 die letzte Anzeigelampe 84 ein. Dies zeigt an, daß ein Fehler in den Lagern 3 4 des Kronenrads 3 2 vorliegt.

Die Werte der Signale, die den Frequenzbändern mit Mittenfrequenzen von 3,15 und 4 kHz entsprechen, wurden im vorstehenden Beispiel nicht ausgenutzt, sie können bei der Kontrolle von Antriebsachsen anderer Art jedoch gleichfalls genutzt werden.

Am Ende der vorstehend beschriebenen Vorgänge wird der Kontrollzyklus wiederholt, jedoch wird dann die Abtriebswelle des Motors 44 (und damit die Zahnräder 32, 36 sowie die Antriebswellen 28, 30) in entgegengesetzter Richtung gedreht, so daß damit der Rückwärtslauf der Antriebsachse 20 simuliert wird. Bei dieser Phase des Kontrollverfahrens werden Fehler der Zahnräder 32, 36 und/oder der Lager 34, 38 mit dem Prozessor 76 über die Anzeigelampen 86 angezeigt.

Am Ende des Kontrollverfahrens kann anhand der jeweils eingeschalteten Anzeigelampen 84, 86 genau die Ursache (oder

030017/0925

Ursachen) eines Fehlers der Antriebsachse 20 festgestellt und sofort das schadhafte Einzelteil aer Antriebsachse 20 lokalisiert v/erden.

Zeigt sich kein Betriebsfehler der Antriebsachse 20 während des Kontrollverfahrens, so liefert der Prozessor 76 eine Sichtanzeige der richtigen Arbeitsweise durch Einschaltung der Anzeigelampe 88 auf dem Bedienungsfeld 80.

Ferner kann der Prozessor 76 auf Anforderung den Drucker ansteuern und damit Einzelheiten der während der Kontrolle erhaltenen Daten ausdrucken, die sich auf Fehler der Lager und auf das Eingriffsgeräusch der Zahnräder 32, 36 abhängig von der Umdrehungszahl des Zahnrads 36 für jede Drehrichtung beziehen.

030017/092S

Claims (13)

•219"A2209 Patentansprüche

1. Verfahren zur Qualitätskontrolle bei Antriebsachsen von Fahrzeugen, die ein Differentialgetriebe mit einem Antriebszahnrad und einem in dieses eingreifenden angetriebenen Zahnrad jeweils in einem Lager enthalten und die Antriebsbewegung auf ein Differentialzahnrad übertragen/ wobei an das Differentialgetriebe zwei Antriebshalbachsen angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsachse (20) auf einem Gestell (10) montiert wird, daß das Antriebszahnrad (36) des Differentialgetriebes gedreht wird, daß ein Widerstandsmoment auf die Enden der Antriebshalbachsen (28, 30) ausgeübt wird, die dem Differentialgetriebe abgewandt sind, daß bei unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten für jede Drehrichtung des Antriebszahnrads (36) elektrische Signale erzeugt werden, die die von der Antriebsachse (20) auf das Gestell

(10) übertragene Beschleunigung in Komponenten längs rechtwinklig zueinander liegender Raumkoordinaten (X, Y, Z) angeben, daß die elektrischen Signale zu Vergleichsparametern verarbeitet werden, daß die Werte der Vergleichsparameter mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden und daß aus dem jeweiligen Vergleich eine Anzeige eines Funktionsfehlers des treibenden und des angetriebenen Zahnrads (32, 36) des Differentialgetriebes und/oder ihrer Lager (34, 38) abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsachse (20) auf dem Gestell (10) starr nahe dem jeweiligen freien Ende montiert wird und daß zwei Verbindungsstangen (16, 18) zwischen dem Gestell (10) und einem Abschnitt der Antriebsachse (20) befestigt werden, der

030017/0925

ORIGINAL INSPECTED

zwischen ihrem jeweiligen freien Ende und dem Differentialgetriebe (26) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der elektrischen Signale eine Verbindungsstange (16) mit drei Beschleunigungsmessern (52, 54, 56) versehen wird, die in Richtung der drei Raumkoordinaten (X, Y, Z) arbeiten, wobei ein Beschleunigungsmesser in Längsrichtung der Verbindungsstange (16) arbeitet, daß das Antriebszahnrad (36) mit konstanter Drehzahl von ca. 1500 U/min während eines ersten Zeitintervalls gedreht wird, daß das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers (52), der in Richtung der Längsachse der Verbindungsstange (16) arbeitet, während des ersten Zeitintervalls zur Ableitung mindestens eines Vergleichsparameters verwendet wird, daß das Antriebszahnrad (36) während eines zweiten Zeitintervalls mit allmählich von 1500 U/min bis 4500 U/min ansteigender Drehzahl gedreht wird, daß in dem zweiten Zeitintervall die Ausgangssignale der drei Beschleunigungsmesser (52, 54, 56) z\:r Ableitung weiterer Vergleichsparameter verwendet werden, daß das Antriebszahnrad (36) in einem dritten Zeitintervall mit konstanter Drehzahl von ca. 4500 U/min gedreht wird und daß die Ausgangssignale des Beschleunigungsmessers (52), der in Längsrichtung der Verbindungsstange (16) arbeitet, in dem dritten Zeitintervall zur Ableitung mindestens eines weiteren Vergleichsparamters verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Zeitintervalls das Ausgangssignal des genannten Beschleunigungsmessers (52) folgendermaßen verarbeitet bzw. ausgewertet wird:

030017/0926

A) Erzeugen des quadratischen Mittelv.crts des Ausgangssignals, Vergleichen des Ausgangssignals mit riorn quadratischen Mittelwert, Zählen des Überschreitens des quadratischen Mittelwerts durch einen vorgegebenen prozentualen Anteil de: Augenblickswertes des Ausgangssignals, Vergleichen der gezählten Vorgänge mit einem verbestimmten numerischen Wert und /\bleiten einer Anzeige eines lokalisierten Fehlers der Zähne der beiden Zahnräder (32, 36) aus dem Vergleich,

B) Filtern des Ausgangssignals mit der Eingriffsfrequenz der beiden Zahnräder (32, 36), Demodulation des gefilterten Signals, Erzeugen des quadratischen Mittelwerts des demodulierten Signals, Vergleichen des quadratischen Mittelwerts mit einem vorbestimmten Schwellenwert und Ableiten einer Anzeige einer exzentrischen Montage der Zahnräder (32, 36) aus diesem Vergleich.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser während des zweiten Zeitintervalls folgendermaßen verarbeitet bzw. genutzt werden:

kohärente Demodulation eines jeden Ausgangssignals, Erzeugen des quadratischen Mittelwerts der demodulierten Signale, Bereitstellung mehrerer Abtastwerte der Augenblicksmittelwerte eines jeden Ausgangssignals, gleichmäßige Abstufungen der Winkelgeschwindigkeit des Antriebszahnrades (36) , Ableiten des quadratischen Augenblickswertes des Moduls der Beschleunigung, die von der Antriebsachse (20) auf das Gestell (10) übertragen wird, für jede Abtastung, Erzeugen eines iiittelwertes der quadratischen Augenblickswerte des Moduls

030017/0925

der Beschleunigung, Vergleichen dieses Mittelwerts mit einem vorbestimmten Schwellenwert und Ableiten einer Anzeige des Eingriffsgeräuschs der Zahnräder (32, 36) aus diesem Vergleich.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Beschleunigungswandlers während des dritten Zeitintervalls folgendermaßen verarbeitet bzw. genutzt wird:

Filtern des Ausgangssignals in mehrere vorbestimmte Frequenzbänder, deren Mittenfrequenzen einen gegenseitigen Abstand von 1/3 Oktave haben, Erzeugen der quadratischen Mittelwerte der gefilterten Signale, Vergleich des quadratischen Mittelswerts eines jeden gefilterten Signals mit einem vorbestimmten Schwellenwert und Ableiten einer Anzeige eines Lagerdefekts der Zahnräder (32, 36) aus diesem Vergleich.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Gestell (10) mit zwei Stützen (14) zur starren Halterung der Antriebsachse (20) nahe ihren freien Enden und mit zwei Verbindungsstangen (16, 18), die jeweils mit einem Ende an das Gestell (10) und mit dem anderen Ende über ein Gelenk mit der Antriebsachse (20) in einem Abschnitt zwischen dem Differentialgetriebe (26) und der jeweiligen Stütze (14) verbunden sind, durch einen Antrieb (44) zur Drehung des Antriebszahnrads (36) des Differentialgetriebes (26), durch Bremsvorrichtungen (46, 48) zur Erzeugung eines Widerstandsmoments an den freien Enden der Antriebshalbachsen '28, 30) der Antriebsachse (20), aurch Beschleunigungsmesser (52, 54, 56) auf einer der Verbindungsstangen (16, 18), die elektrische

030017/0925

t; _

Signale entsprechend der auf die Verbindungsstange (16) von der Antriebsachse (20) übertragenen Beschleunigung als Kompetenten in Richtung dreier rechtv.-inklicj zueinander stehender Raunkoordinaten (X, Y, Z) abgeben, wo;jei eine Raumkoordinate (Y) in Längsrichtung der Verbindung; stange (16) liegt, durch einen Winkelgeschwindicjkeitssensor (50), der ein elektrisches Ausgangssignal, entsprechend der Winkelgeschwindigkeit des Antriebszahnrades (36) abgibt, und durch eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung, die die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser (52, 54, 56) und des Winkelgeschwindigkeitssensors (5C) aufnimmt und rehreri Vergleichsparameter aus den Ausgangssignalen der Beschleunigungsmesser (52, 54, 56) zum Vergleich mit vorbestimmten Referenzwerten ableitet, um aus den Vergleichen eine Anzeige von Funktionsfehlern der Zahnräder (32, 36) und ihrer Lager 134, 38) zu erzeugen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsmesser (52, 54, 56) drei Wandler sind, von denen einer in Richtung der Längsachse (Y) der mit den Beschleunigungswandlern (52, 54, 56) versehenen Verbindungsstange (16) ausgerichtet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß piezoelektrische Wandler (52, 54, 56) vorgesehen sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung folgende Einheiten enthält:

eine erste Analogschaltung (58), eine zweite Analogschaltung (60), eine Filtergruppe (62) mit Mitte.frequenzen mit gegenseitigem Frequenzabstand von 1/3 Oktave,

030017/092S

wobei die Analogschaltungen (5c, 60) und die Filtergruppe (62) mit den. Aus-'nn.g des in Richtung der Langsachse der Verba.ndungssta.nge (16) arbeitenden leschleunigungsmessers (52) verbunden sind,

eine Gruppe dreier Kohärer; z-Demodulatoren (64, 66, 68), die jeweils mit dem Ausgang eines Beschleunigungsmessers (52, 54, 56) verbunden sind,

einen Prozessor (76) mit zugeordnetem Bedienungsfeld (80) und angeschlossenem Drucker (82),

einen Analog/Digital-Umsetzer (72) mit mehreren Eingängen, die jeweils mit dem Ausgang des Winkelgeschwindigkeitssensors (T.0), mit den Ausgängen der Kohärenz-Demodulatoren (64, 66, 68) und mit den Ausgängen der Filtergruppe (62) verbunden sind, während der Ausgang des Umsetzers (72) mit dem Prozessor (76) verbunden ist, und

eine Digital-Schnittstelle (74), deren Eingang mit den Ausgängen der ersten und der zweiten Analogschaltung (58, 60) verbunden ist und deren Ausgang mit dem Prozessor (76) verbunden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Analogschaltung (58) folgende Einheiten enhält:

eine Mittelwertschaltung (92) zur Erzeugung des quadratischen Mittelwerts eines ihr zugeführten Signals,

einen Vergleicher (90) zum Vergleich eines ihm k.ugeführten Signals mit dessen quadratischem Mittelwert und

030017/0925

einen Zähler (94), dessen Einang mit dem Ausgang des Vergleichers (90) v.^.d dessen Ausgang mit der Digital-Schnittstelle (74) verbunden ist, wobei c-.ir !"'!hler (94) die Anzahl der Vorgänge zählt, bei denen ein vorbestimmter prozentualer Anteil des Spitzenwertes des der Analogschaltung (58) zugeführten Signals den quadratischen Mittelwert dieses Signals überschreitet, und ein Ausgangssignal eingibt, wenn die gezählten Vorgänge einen vorbestimmten numerischen Wert zumindest erreichen.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anclogschaltung (60) folgende Einheiten enthält:

ein Bandpaßfilter (96), das auf die Eingriffsfrequenz der Zahnräder (32, 36) des Differentialgetriebes (26) abgestimmt ist,

einen Hüllkurvendemodulator (98) zur Demodulation des Filterausgangssignals,

eine Schaltung (100) zur Erzeugung des quadratischen Mittelwerts des Demodulatorausgangssignals und

einen Vergleicher (102) zum Vergleich des quadratischen Mittelwerts mit einem vorbestimmten Schwellenwert und zur Anzeige des Überschreitens oder Unterschreitens des vorbestimmten Schwellenwerts.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienuncsfeld (80) des Prozessors (76) mehren Anzeigelampen (84, 86, 88) zur Anzeige von Funktionsfehlern der Zahnräder (32, 36) sowie ihrer Lager (34, 38) aufweist.

030017/0925