DE4120197A1

DE4120197A1 - Verfahren zum auswuchten zumindest zweier miteinander verbundener rotoren

Info

Publication number: DE4120197A1
Application number: DE19914120197
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl Ing Turnwald
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1992-12-24
Also published as: DE4120197C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten zu mindest zweier miteinander verbundener Rotoren, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Verfahren beschreibt z. B. die DE 25 07 695 C2 anhand eines Gasturbinentriebwerkes. Im wesentli chen bildet dabei die Verdichtereinheit den ersten dreh bar gelagerten Rotor, der in fliegender Lagerung eine Turbine als zweiten Rotor trägt. Um im Feld ein Aus tauschen der Turbine ohne nachträgliches Auswuchten des gesamten Triebwerkes zu ermöglichen, wird wie folgt ver fahren: Es wird zunächst der erste und zweite Rotor bzw. die Verdichtereinheit und die Turbine separat gewuchtet, dann zusammengeschraubt und dann als Gesamteinheit noch mals gewuchtet. Die aufgrund der unvermeidlichen Rund laufabweichung e (Axialschlag, Radialschlag, etc.) im Verbindungsbereich noch auftretende Gesamtunwucht wird durch im Verbindungsbereich angeordnete Ausgleichsge wichte (Unterlegscheiben) ausgeglichen. Dabei wird davon ausgegangen, daß - sofern bei einem Turbinentausch im Feld die Lage der Ausgleichsgewichte unverändert bleibt - eine ebenfalls für sich gewuchtete Ersatzturbine keine Gesamtunwucht erzeugt.

Dieses Verfahren kann vielleicht bei Gasturbinentrieb werken angezeigt sein, die mit sehr hoher Genauigkeit gefertigt und ausgewuchtet werden. Es ist jedoch bei spielsweise nicht geeignet für Antriebseinheiten in Kraftfahrzeugen, deren Fertigung in hohen Stückzahlen erfolgt und die deshalb mehr toleranzbehaftet sind.

So ist es beim Zusammenbau von Getriebe- und Kardanwelle als Teil der Antriebseinheit bei der Anmelderin üblich, die Rundlaufabweichung der Getriebe-Abtriebswelle nume risch zu erfassen und zu markieren, ferner die Restun wucht der Kardanwelle zu markieren und bei der Montage die Markierungen so zusammenzubauen, daß die Restunwucht der Kardanwelle als zweiter Rotor der Rundlaufabweichung der Getriebe-Abtriebswelle als gelagerter Rotor gegen überliegt. Dabei sind für die Restunwucht zwei Wucht klassen vorgesehen, die zwei Intervallen von Rundlaufab weichungen zugeordnet werden.

Dies führt jedoch zu einem vermehrten Teile- und Steue rungsaufwand bei der Fertigung und in der Ersatzteile haltung und zwingt darüber hinaus zur Einhaltung relativ enger Toleranzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der gattungsgemäßen Art aufzuzeigen, mit dem ohne Aus wuchten der Gesamteinheit und bei verringertem Aufwand nur geringe vernachlässigbare Gesamtunwuchtzustände auf treten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf te Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren An sprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß neben dem "matchen" der Rotoren (Rundlaufabweichung: Restunwucht) auch die relevante Gesamtrotormasse ΣM′ eine zu berücksichtigende Größe ist, die nun zur Verbesserung der Gesamtunwucht herangezogen wird. Diese Gesamtrotormasse bzw. auf die Koppelebene reduzierte Masse ist eine Konstante, die entweder empirisch ermittelbar oder aus den spezifischen Systemdaten (z. B. bei einer Antriebseinheit in einem Kraftfahrzeug aus den drehenden Massen, deren Lagerung und Drehsteifigkeit, dem Aufhängungssystem etc.) bere chenbar ist.

Beispielsweise kann bei einer Reihe von Rotoreinheiten bei gegebener Rundlaufabweichung e und bekannter Rest unwucht des zweiten Rotors durch Gesamtauswuchten das Ausgleichsgewicht A empirisch ermittelt werden, woraus sich dann die Gesamtrotormasse ΣM′ errechnen läßt.

Ist die Gesamtrotormasse ΣM′ als Konstante ermittelt, so läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne zu sätzliche Gesamtauswuchtung arbeiten, wobei - wie prak tische Versuche gezeigt haben - nur noch geringe ver nachlässigbare Gesamtunwuchten auftreten.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in der einfachsten Ausführung nur die Rundlaufabweichung e zur Ermittlung des gegebenenfalls noch erforderlichen Ausgleichsgewich tes A heran, läßt hingegen den Wert der Restunwucht des zweiten Rotors unberücksichtigt. Dies kann dann ange zeigt sein, wenn diese Restunwucht in einem engen Tole ranzband gehalten werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung wird jedoch vorgeschla gen, den Wert der Restunwucht gemäß den Merkmalen der Ansprüche 2 oder 4 mit einzubeziehen bzw. einzugrenzen. Dadurch können unter Berücksichtigung wirtschaftlich und fertigungstechnisch vernünftiger Toleranzgrenzen Aus wuchtergebnisse erzielt werden, die in vernachlässig baren Grenzen liegen. Dabei ergibt eine numerische Mar kierung der Restunwucht auf den zweiten Rotor die ge ringste Lagerhaltung und ermöglicht zufriedenstellend genaue Ergebnisse.

Nachdem wie vorstehend bereits ausgeführt die Gesamtro tormasse ΣM′ eine fahrzeugspezifische Konstante ist, kann diese - insbesondere für die Anwendung in der Reparatur praxis - in eine Tabelle oder Graphik eingearbeitet sein, aus der nach Ermittlung der Rundlaufabweichung e und gegebenenfalls des Wertes der Restunwucht ohne wei teres der Wert A des Ausgleichsgewichtes entnehmbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schemati sche Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Abschnitt einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges mit einer Getriebe-Abtriebs welle als erstem Rotor und einer daran ange flanschten Gelenkwelle als zweiten Rotor; und

Fig. 2 eine Graphik zum Ablesen des Ausgleichsge wichtes A für die Montage der Antriebseinheit nach Fig. 1.

In der Fig. 1 ist mit 10 eine teilweise dargestellte Antriebseinheit bezeichnet, deren Geschwindigkeits-Wech selgetriebe 12 mit einer Abtriebswelle 14 als ersten, in dem Getriebegehäuse 16 drehbar gelagerten Rotor und eine daran angeflanschte Gelenkwelle bzw. Kardanwelle 18 als zweiten Rotor aufweist. Dabei ist das nicht näher darge stellte Gelenk 20 der Kardanwelle 18 mit einem Flansch 22 auf der Abtriebswelle 14 über sechs umfangsmäßig gleichmäßig verteilte Schrauben (strichpunktierte Linien 24) verschraubt.

Zur Erzielung einer möglichst geringen Gesamtunwucht der Rotoren 14, 18 bzw. der Antriebseinheit 10 wurde wie folgt verfahren:
Es wurde die Kardanwelle 18 separat gewuchtet und bei spielsweise ein Auswuchtgewicht 26 angebracht. Die Rest unwucht U_v von z. B. 15 mmg wurde numerisch neben einem Pfeil 28 als erste Markierung aufgetragen, wobei die Markierung 28 um 180° versetzt zur tatsächlichen Restun wucht liegt.

Ferner wurde am Flansch 22 der Abtriebswelle 14 die Rundlaufabweichung e gemessen und der Wert 0,04 nume risch als auch deren Position mit dem Pfeil 30 am Flansch 22 angezeigt. Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß die Abtriebswelle als Drehteil keine nennenswerte Unwucht aufweist, andernfalls müßte diese ebenfalls ausgewuchtet werden.

Die Rundlaufabweichung e kann - wie eingezeichnet - je nach den fertigungstechnischen Gegebenenheiten eine Exzentrizität e₁ (Mittelachsenversatz) des Flansches 22 und/oder ein Taumelschlag e₂ (Schrägstellung der Flanschebene zu einer Senkrechten durch die Mittelachse der Abtriebswelle 14) des Flansches 22 sein.

Bei der Montage der Kardanwelle 18 werden nun die beiden Markierungen 28, 30 so nahe als möglich in Überdeckung gebracht (abhängig von der durch die Schraubenlöcher vorgegebenen Teilung der Anschlußverbindung). Mit dem Anschrauben der Kardanwelle 18 wird dann gegebenenfalls zusätzlich ein Ausgleichsgewicht A (z. B. in Form einer dickeren Unterlegscheibe) im Abstand r mit angeschraubt.

Vorab wurde die relevante, in der Verbindungsebene zwi schen Flansch 22 und Gelenk 24 wirksame Gesamtrotormasse ΣM′ wie vorstehend erläutert empirisch ermittelt. Deren Wert ist hier nicht angegeben, da er fahrzeugspezifisch und deshalb nicht allgemein verwendbar ist.

Mit den Konstanten ΣM′ und r und den zugelassenen Va riablen e und U_v wurden nach Gleichung

die in Fig. 2 gezeigte Graphik (Diagramm) erstellt, bei der in der Ordinate links der Wert A des Ausgleichsge wichtes ablesbar ist, während in der Abzisse die Rund laufabweichung e des ersten Rotors bzw. der Abtriebs welle 14 angeführt ist.

In die Graphik sind nun beliebig viele Linien, z. B. 32, 34, eingetragen, die entweder zwei Wuchtklassen (Ausführungsbeispiel) oder beliebig vielen Restunwuchten U_v entsprechen und im Schnittpunkt mit der jeweiligen Rundlaufabweichung e einen Wert A angeben; das entspre chende Ausgleichsgewicht A wird dann bei der Montage der Kardanwelle 18 mit angeschraubt. So würde rein beispiel haft eine Rundlaufabweichung von e 0,04 und eine Restun wucht U_v von 40 mmg (Linie 34) einen Wert A von 2 g er geben (vgl. Fig. 2).

Die Lage des Ausgleichsgewichtes A ist bei positivem Wert 180° versetzt zur Rundlaufabweichung (Markierung 30) und bei negativem Wert an der Markierung 30 zu wählen.

Sofern Linien 32, 34 für Wuchtklassen (im Ausführungsbei spiel sind es zwei Wuchtklassen) vorhanden sind, können diese an der Kardanwelle 18 farbig markiert sein, z. B. könnte der Pfeil 28 grün oder gelb entsprechend der je weiligen Wuchtklasse ausgeführt sein, während dann die numerische Angabe an der Kardanwelle bzw. am Gelenk 20 entfallen könnte.

Claims

1. Verfahren zum Auswuchten zumindest zweier miteinan der verbundener Rotoren, von denen der erste Rotor drehbar gelagert ist und den zweiten Rotor fliegend zumindest teilweise trägt, insbesondere an einer Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge mit einem Ge triebe mit einer Abtriebswelle und einer daran an geflanschten Gelenkwelle, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Numerisches Erfassen der Rundlaufabweichung e des ersten gelagerten Rotors (14) und Markieren deren Position im Verbindungsbereich;
b) Erfassen der Restunwucht U_v des zweiten Rotors (18) und deren Markierung im Verbindungsbe reich;
c) Montage der beiden Rotoren (14, 18) Markierung an Markierung derart, daß die Restunwucht U_v des zweiten Rotors (18) der Rundlaufabweichung e des ersten Rotors gegenüberliegt; und
d) Anbringen eines gegebenenfalls erforderlichen zusätzlichen Ausgleichsgewichtes A nach Maßgabe einer empirisch ermittelten und/oder berechne ten relevanten Gesamtrotormasse ΣM′, wobei sich der Wert des Ausgleichsgewichtes A ergibt aus wobei r der wirksame Radius des Ausgleichsge wichtes A von der Rotordrehachse ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restunwucht U_v des zweiten Rotors (18) ebenfalls numerisch erfaßt und nach der erweiterten Gleichung berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wert A des Ausgleichsgewichtes A anhand einer Tabelle oder Graphik ermittelt wird, auf der nach Maßgabe der Rundlaufabweichung e und gegebenenfalls der Restunwucht U_v der Wert A ables bar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Restunwucht U_v des zweiten Rotors (18) nach Wuchtklassen klassifiziert ist und daß die Tabelle oder Graphik entsprechende Werte A je Wuchtklasse (Linien 32, 34) enthält.