DE3926281A1 - Geraeuschpruefstand fuer pkw-getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Geräuschprüfstand für Pkw- Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er bei der Anmelderin in praktischem Einsatz ist.

Durch die Verbesserung der Personenkraftwagen auch in ge­ räuschmäßiger Hinsicht insbesondere bezüglich Windgeräusch und Reifenabrollgeräusch, aber auch aufgrund der Verbes­ serungen der Straßen, die ebenfalls das Abrollgeräusch der Fahrzeugreifen reduzieren, treten andere Geräuschquellen innerhalb des Fahrzeuges, die bisher von lauteren Geräu­ schen überdeckt waren, in den Wahrnehmungsbereich der Menschen und machen sich störend bemerkbar. In diesem Zu­ sammenhang können unter Umständen Zahneingriffsgeräusche von Pkw-Getrieben, insbesondere von der Kegelradüberset­ zung des Achsgetriebes der angetriebenen Fahrzeugachse ausgehen. Gerade die Hinterachsgetriebe sind in dieser Hinsicht besonders kritisch, weil die Kegelradverzahnung sich nicht immer mit der gleich hohen Genauigkeit fertigen läßt wie zylindrische Stirnverzahnungen. Zwar werden zur Vermeidung von Geräuschen bereits ausgesuchte Paarungen von Kegelritzel und Tellerrad zu einem Hinterachsgetriebe montiert; außerdem werden die Axialspiele individuell für jedes Getriebe optimal justiert. Dennoch treten Getriebe auf, die einen lauten Zahneingriff mit einzelnen Störfre­ quenzen zeigen. Um derartige Getriebe aussortieren und einer Nacharbeit zuführen zu können, werden sämtliche Ge­ triebe einer gezielten Geräuschprüfung unterzogen. Die dazu verwendeten Geräuschprüfstände halterten den Prüfling in statisch sehr steif, jedoch kompliziert gestalteten Tragkonstruktionen.

Es hat sich nun trotz in allen Fällen gewissenhaft durch­ geführter Geräuschprüfung in Einzelfällen gezeigt, daß nach dem Einbau der ohne Geräuschbefund getesteten Ge­ triebe in ein Fahrzeug bei einer Probefahrt sich ein Ge­ triebe gleichwohl als störend laut bemerkbar machte. In diesen Einzelfällen wurde das Hinterachsgetriebe gegen ein anderes ausgetauscht und das als zu laut beanstandete Ge­ triebe einer Nacharbeit unterzogen. Dieser nachträgliche Austausch eines Hinterachsgetriebes ist naturgemäß sehr kostspielig.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäß zugrunde gelegten Geräuschprüfstand dahingehend zu verbessern, daß laute Getriebe mit größerer Zuverlässigkeit erkannt und demgemäß rechtzeitig selektiert werden können, als bisher.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei der Kerngedanke zugrunde, die Getriebe innerhalb des interessierenden Frequenzbereiches neutral zu haltern. Obwohl die Tragkonstruktionen zur Prüflingshalterung bei den gattungsgemäßen Geräuschprüfständen statisch steif waren, waren sie - wie durch gezielte Untersuchungen nachträglich ermittelt werden konnte - in dynamischer Hinsicht innerhalb des interessierenden Frequenzbereiches keineswegs steif und verhielten sich somit innerhalb des interessierenden Frequenzbereiches nicht neutral; die Tragkonstruktionen zur Prüflingshalterung wiesen innerhalb des interessierenden Frequenzbereiches Eigenfrequenzen auf, die die Geräuschmessung der Prüflinge unter Umständen in der Weise beeinflussen konnten, daß ein Prüfling den Geräuschtest als scheinbar einwandfrei durchlaufen konnte, obwohl er auch störende Frequenzen innerhalb des interes­ sierenden Frequenzbereiches zeigte. Dank der strikt neu­ tralen Halterung der Prüflinge innerhalb des interessie­ renden Frequenzbereiches aufgrund einer dynamisch sehr steifen Gestaltung der prüfstandsseitigen Tragkonstruktion und aufgrund einer elastischen Abkopplung des Prüflings von dieser Tragkonstruktion sowie von letzterer gegenüber Grund wird eine solche resonanzbedingte "Taubheit" des Geräuschprüfstandes vermieden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Un­ teransprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfin­ dung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Aus­ führungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zei­ gen:

Fig. 1 eine perspektivische Einzeldarstellung eines dynamisch steifen, monolithischen Grundkör­ pers als wesentlichen Bestandteil für eine dynamisch neutrale Halterung der Prüflinge eines Geräuschprüfstandes für Getriebe,

Fig. 2 eine ähnliche perspektivische Darstellung des Grundkörpers nach Fig. 1, wobei dieser mit Adapterteilen und einem Prüfling ergänzt ist und

Fig. 3 eine perspektivische Einzeldarstellung eines anderen Ausführungsbeispieles für ein Adap­ terteil zur Halterung des Prüflings an dem Grundkörper nach Fig. 1 bzw. 2.

Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Geräuschprüfstand für Achsgetriebe 1 weist als wesentlichen Bestandteil ei­ nen in Fig. 1 einzeln dargestellten Grundkörper 9 auf, dessen Oberseite eine Plattform 10 bildet, von der Trag­ arme 11 und 12 zur Halterung des Achsgetriebes 1 nach oben abragen. Es sei der Vollständigkeit halber erwähnt, daß es durchaus möglich ist, daß die Tragarme 11 und 12 auch ho­ rizontal von einer Seitenfläche des Grundkörpers oder - bei hängender Anordnung des Grundkörpers - von dessen Un­ terseite nach unten abragen.

Das Achsgetriebe weist eine Antriebswelle 4 und zwei Seitenwellen 5 auf, deren Achsen quer zur Achse der Antriebswelle 4 verlaufen. Außerdem sind an dem Achsge­ triebe Getriebeaufhängepunkte an der Getrieberückseite 2 und eine Abstützkonsole 3 angebracht, an denen es norma­ lerweise im Fahrzeug eingebaut und darin gehaltert wird. Diese Getriebeaufhängepunkte und die Abstützkonsole 3 dienen auch zur Halterung des Achsgetriebes 1 innerhalb des Geräuschprüfstandes, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Die Antriebswelle 4 und die Seitenwellen 5 des Achsgetriebes 1 sind mit entsprechenden Prüfstands­ wellen 6 bzw. 7 verbunden, so daß das Achsgetriebe 1 praxisnah belastet werden kann. Die antriebsseitige und die abtriebsseitigen Prüfstandswellen 6 und 7 sind mit entsprechenden Antriebs- und Bremseinrichtungen gekoppelt, so daß Zug- und Schubbetrieb gefahren werden kann. Zur Geräuschuntersuchung des Prüflings könnte der Prüflauf in einem schalldicht gekapselten und schalltot ausgekleideten Prüfraum durchgeführt werden, wobei die Antriebs- und Be­ lastungseinheiten außerhalb des Prüfraumes aufgestellt werden müßten. Die Geräuschuntersuchung könnte dann mit­ tels Mikrofonen oder auch durch einen unmittelbar im Prüfraum sich aufhaltenden Prüfer durchgeführt werden. Ein solcher Prüfraum wäre jedoch sehr aufwendig und eine Se­ rienprüfung von Achsgetrieben in einem solchen Prüfraum wäre auch nur sehr schwierig durchführbar. Aus diesem Grunde wird die Geräuschentwicklung des Prüflings mittels eines an der Abstützkonsole 3 angebrachten Schwingungs­ aufnehmers 8 untersucht, der als ein Körperschallmikrofon oder auch als ein Beschleunigungsgeber ausgebildet sein kann. Er nimmt nur die Körperschallschwingungen des Prüflings an der Ankoppelstelle mit dem Schwingungsauf­ nehmer auf, wogegen er gegen äußeren Luftschall immun ist. Letzten Endes interessieren im wesentlichen die Körper­ schallschwingungen im Bereich der Ankoppelstellen des Ge­ triebes an das Fahrzeug, weil nur die Körperschallschwin­ gungen im Bereich der Ankoppelstellen sich auf die Fahr­ zeugkarosserie übertragen können.

Um das Achsgetriebe 1 als Prüfling dynamisch neutral in­ nerhalb des interessierenden Frequenzbereiches haltern zu können, ist der aus Plattform 10 und integrierten Tragar­ men 11 und 12 gebildete Grundkörper 9 selber hinsichtlich aller Partien dynamisch so steif ausgebildet, daß er zu­ mindest innerhalb des interessierenden Frequenzbereiches keinerlei Eigenfrequenzen aufweist. Die Tragarme 11 und 12 sind geradlinig und von einfacher Querschnittsform ausge­ bildet, deren Flächenträgheitsmoment zur Plattform 10 hin zunimmt. Wesentlich ist auch eine zur Spitze des Tragarmes hin abnehmende Massenbelegung. Die Mantellinien der Trag­ arme sind zumindest annähernd geradlinig. Zwar kommen hier auch leicht gekrümmte oder pyramidenförmige Tragarme in Betracht, jedoch haben sich kegelförmige Tragarme insbe­ sondere bei einer Kreisquerschnittsform als optimal er­ wiesen, weil die Wölbung der Mantelflächen bei geradli­ nigen Mantellinien eine optimale Steifheit bei einfachster Bauform ergibt. Um den Raum zwischen den Tragarmen mög­ lichst groß zu gestalten, können die Tragarme ohne weiteres mit ihren Mittelachsen aufeinander zu geneigt sein, z.B. so weit, daß die einander zunächst liegenden Mantellinien benachbarter Tragarme annähernd parallel zu­ einander liegen. Dadurch wird ein optimal großer Bauraum zur Aufnahme des Prüflings zwischen den Tragarmen ge­ schaffen. Zur dynamisch steifen Anbindung der Tragarme an den Grundkörper geben die Tragarme 11 und 12 einstückig und bei ungestörtem Kraftfluß in die Plattform 10 des Grundkörpers 9 über. Tragarme und Grundkörper bilden eine monolithische Einheit vorzugsweise in Vollquerschnitt, wo­ bei als Werkstoffe Metall, insbesondere Grauguß, oder Na­ turstein, z.B. Marmor oder Granit oder auch Beton in Frage kommen. Bei aus Metall gegossenen Grundkörpern wird man aus Gründen einer seigerungsfreien und lunkerfreien Erstarrung des Gußstückes gewisse Höhlungen vorsehen, die sich insbesondere in die Tragarme 11, 12 und in die Enden der Plattform hineinerstrecken, um in diesen Bereichen die Massebelegung des Grundkörpers zu reduzieren. Außer einer dynamisch steifen Ausbildung ist der als schwere Masse gestaltete Grundkörper dynamisch weich und gedämpft ge­ genüber Grund abgestützt, so daß die Eigenfrequenzen des Grundkörpers 9 gegenüber Grund weit unterhalb des inter­ essierenden Frequenzbereiches liegen. Für diese unterkri­ tische Abstützung des Grundkörpers 9 gegenüber Grund sind seitliche, vom Grundkörper 9 abragende Konsolen 13 vorge­ sehen, die mit dem Grundkörper 9 monolithisch integriert und innerhalb des interessierenden Frequenzbereiches ebenfalls dynamisch steif ausgebildet sind. Mit diesen Konsolen 13 stützt sich der Grundkörper 9 über Federn 14 auf Grund ab; funktionell und parallel neben den Federn 14 sind noch Dämpfer 15 angebracht, die eine etwa auftretende Resonanz dämpfen.

An die freien Enden der Tragarme 11, 12 sind Adapterteile 19 und 20 dynamisch steif angekoppelt, die ihrerseits das zu prüfende Achsgetriebe 1 dynamisch weich, d.h. bezüg­ lich des interessierenden Frequenzbereiches unterkritisch haltern, so daß Starrkörperschwingungen des Prüflings ge­ genüber den Adapterteilen 19 bzw. 20 und/oder gegenüber den Tragarmen 11 bzw. 12 jeweils weit unterhalb des in­ teressierenden Frequenzbereiches liegen. Das vordere Ad­ apterteil 19 ist im wesentlichen kegelförmig ausgebildet und über eine dynamisch steife Koppelstelle 18 an die Oberseite des als Kegelstumpf ausgebildeten vorderen Tragarmes 11 angekoppelt. Im Bereich der Spitze des vor­ deren Adapterteiles 19 ist die Abstützkonsole 3 über eine Koppelfeder 17 an dem Adapterteil 19 abgestützt. Diese Koppelfeder 17 stellt eine weiche Ankopplung des Achsge­ triebes 1 an das vordere Adapterteil 19 dar. Das hintere Adapterteil 20 ist in seinem Basisbereich und auf der vom Prüfling abgewandten Umfangsseite ebenfalls kegelstumpf­ förmig ausgebildet, geht jedoch im Bereich seiner dem Prüfling 1 zugewandten Umfangspartie in eine Befesti­ gungsfläche über, die mittels distanzüberbrückender ela­ stischer Koppelteile 16 dynamisch weich mit den entspre­ chenden Getriebeaufhängepunkten des Achsgetriebes 1 ver­ bunden ist. Auch diese Koppelteile 16 und 17 lassen nur niederfrequenten Starrkörperschwingungen des Prüflings weit unterhalb des interessierenden Frequenzbereiches zu.

Die in Fig. 2 dargestellten Adapterteile 19 und 20 sind als Hohlkörper ausgebildet, die über innenliegende Flan­ sche mit der Oberseite der kegelstumpfförmige Tragarme 11 und 12 dynamisch steif verbunden sind. Die Flanschverbin­ dung 18 ist mit einem ganzen Kranz von Flanschschrauben hergestellt.

Generell gesprochen ist die dynamisch neutrale Halterung des Getriebeprüflings innerhalb des Geräuschprüfstandes dadurch realisiert, daß nur dynamisch steife Bauteile verwendet werden, und daß die Verbindungsstellen zwischen dem Prüfling und dem Grundkörper dynamisch weich sind. Nur so kann sichergestellt werden, daß innerhalb des interes­ sierenden Frequenzbereiches keinerlei störende Eigenfre­ quenzen liegen.

Eine andere Möglichkeit für eine dynamisch neutrale Prüf­ lingshalterung auf einem Grundkörper gemäß Fig. 1 besteht darin, daß die Adapterteile selber als möglichst massearme Feder ausgebildet sind. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen elastischen Adapterteiles 21 ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Das dort dargestellte Adapterteil ist im we­ sentlichen durch einen tragarmseitigen Koppelflansch 22 und durch einen prüflingsseitigen Koppelflansch 23 sowie durch ein Paar von abgewinkelten Federstäben 24 gebildet. Die beiden Koppelflansche 22 und 23 müssen bei dieser Ausgestaltung des Adapterteiles 21 dynamisch hart sowohl an den Tragarm als auch an den Prüfling angekoppelt wer­ den. Die Federstäbe 24 erlauben translatorische und rotatorische Schwingungen der beiden Koppelflansche 22 und 23 zueinander bezüglich aller drei Raumrichtungen.

Die Frage, innerhalb welcher Grenzfrequenzen sich der in­ teressierende Frequenzbereich erstrecken soll, hängt zum einen von dem Anwendungsfall und zum anderen auch von der Ausgestaltung des zu überprüfenden Getriebes selber ab. In jedem Fall wird der interessierende Frequenzbereich im Bereich hörbarer Frequenzen liegen. Eine weitere Begren­ zung des interessierenden Frequenzbereiches wird sich durch die auftretenden Anregungsfrequenzen des Getriebes ergeben, also durch die auftretenden Antriebs- und Ab­ triebsdrehzahlen sowie durch die verwendeten Zähnezahlen der hauptsächlich beteiligten Zahnräder. Unter diesen Be­ dingungen wird man sich also vor allem für den Frequenz­ bereich von 100 bis 1200 Hz interessieren.

Claims (9)

1. Geräuschprüfstand für Pkw-Getriebe, insbesondere für Achsgetriebe von angetriebenen Fahrzeugachsen - Prüf­ ling

• - mit einer den Prüfling im Raum feststehend aufnehmen­ den Halterung in Form mehrerer, vorzugsweise zweier Tragkonstruktionen, die von einer gemeinsamen, gegen­ über Grund abgestützten Plattform abragen,
• - ferner mit jeweils einem an dem prüflingsseitigen Ende einer Tragkonstruktion angebrachten, an die Befesti­ gungsstelle des Prüflings für dessen Einbau im Fahr­ zeug angepaßten Adapterteil,
• - ferner mit an die Antriebs- und an die Abtriebswel­ le(n) des Prüflings anschließbaren, antreibbaren bzw. abbremsbaren Prüfstandswellen zur Simulation unter­ schiedlicher Lastzustände des Prüflings bei unter­ schiedlichen Drehzahlen,
• - ferner mit wenigstens einem an den Prüfling ankoppel­ baren, elektrische Signale abgebenden Schwingungsauf­ nehmer zur Schwingungsuntersuchung des Prüflings in­ nerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches,

gekennzeichnet durch die Kombination fol­ gender Merkmale:

• a) die Tragkonstruktionen sind jeweils als Tragarm (11, 12) vorzugsweise in Vollquerschnitt von einfacher Querschnittsform mit einem in Richtung zur Plattform (10) hin zunehmenden Flächenträgheitsmoment und we­ nigstens angenähert geradlinigen Mantellinien ausge­ bildet;
• b) die Tragarme (11, 12) sind dynamisch steif an die Plattform (10) angekoppelt und bilden mit ihr einen schweren steifen Grundkörper (9) vorzugsweise in Vollquerschnitt aus Naturstein, Beton oder Metall;
• c) der aus Plattform (10) und integrierten Tragarmen (11, 12) gebildete Grundkörper (9) ist selber hinsichtlich aller Partien dynamisch so steif ausgebildet, daß er erst oberhalb des interessierenden Frequenzbereiches Eigenfrequenzen aufweist;
• d) der aus Plattform (10) und integrierten Tragarmen (11, 12) gebildete Grundkörper (9) ist dynamisch weich und gedämpft gegenüber Grund abgestützt, derart, daß die Eigenfrequenzen des Grundkörpers (9) gegenüber Grund weit unterhalb des interessierenden Frequenzbereiches liegen;
• e) die Adapterteile (19, 20) sind ebenfalls dynamisch steif mit den freien Enden der Tragarme (11, 12) ver­ bunden derart, daß etwaige Eigenfrequenzen im Bereich dieser Verbindungsstelle sowie im Grundkörper (9) und in den Tragarmen (11, 12) weit oberhalb des interes­ sierenden Frequenzbereiches liegen;
• f) der Prüfling (1) ist an die jeweiligen Adapterteile (19, 20) dynamisch weich, d.h. bezüglich des inter­ essierenden Frequenzbereiches unterkritisch angekop­ pelt, derart, daß Starrkörperschwingungen des Prüf­ lings (1) gegenüber den Adapterteilen (19, 20) weit unterhalb des interessierenden Frequenzbereiches lie­ gen.

2. Geräuschprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (11, 12) kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet sind.

3. Geräuschprüfstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (11, 12) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

4. Geräuschprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen der Tragarme (11, 12) aufeinander zu geneigt sind.

5. Geräuschprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der interessierende Frequenzbereich etwa 100 bis 1200 Hz beträgt.

6. Geräuschprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterteile (21) selber möglichst massearme Fe­ dern (24) enthalten, die bezüglich aller drei Raumrich­ tungen translatorisch und rotatorisch nachgiebig sind.

7. Geräuschprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (9) oder der Block mit dynamisch steif und monolithisch integrierten Konsolen (13) für die Ab­ stützung des Grundkörpers (9) bzw. des Blockes auf Grund versehen ist.

8. Geräuschprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper unterseitig eben ausgebildet und großflächig über eine weiche gummielastische Matte auf Grund abgestützt ist.