DE4120197C2

DE4120197C2 -

Info

Publication number: DE4120197C2
Application number: DE19914120197
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt De Turnwald
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1993-08-19
Also published as: DE4120197A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhalten einer ausgewuchteten Einheit, insbesondere einer Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Patentanspruch 1.

Ein Verfahren zum Auswuchten eines Gasturbinentriebwerkes beschreibt z. B. die DE 25 07 695 A1. 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 (hier 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.

Unter dem Begriff "Matchen" ist es beispielsweise aus Werkstatt und Betrieb, 103, 1970, Seiten 183-188, bekannt, beim Wuchten einer Einheit aus Reifen und Felge die Rundlaufabweichungen e separat zu ermitteln und durch entsprechendes Versetzen zueinander möglichst zu kompensieren.

Auch beim Auswuchten von Getrieben im Fahrzeugbau (vgl. Werkstatt und Betrieb, 104, 1971, Seiten 377-381) kann - wenn eine besonders hohe Laufgüte gefordert ist - durch gezielte Montage von Kugellager, Welle und Rad die verbleibende Restexzentrizität e in engen Grenzen gehalten werden. Dies geschieht, indem man die Lage der Wellenrestexzentrizität e markiert und ihre Größe notiert. Bei der Montage z. B. des Rades auf der Welle hat man dabei die Möglichkeit, die Restunwucht der kompletten Baugruppe zu verbessern, indem man die Restexzentrizitäten der Einzelteile diametral zueinander anordnet.

Aus ATZ-Automobiltechnische Zeitschrift, 73, 1971, Seiten 1-8, ist es zum Problem der Laufunruhe von Fahrzeugrädern zusätzlich zum "Matchen" bekannt, unter dem Begriff "Harmonisieren" eine weitere Zuordnung vorzusehen, die die dynamische Lastschwankung des Reifens mit berücksichtigt. Dabei können geometrische Abweichung e und dynamische Ungleichförmigkeit auch gemeinsam auftreten und ebenfalls durch entsprechenden, gezielten Versatz weitestgehend kompensiert werden.

Aus dem Sonderdruck aus Automobil-Industrie, 11, 1966, Nr. 2 und Nr. 3 unter dem Titel "Auswuchttechnische Fragen im Automobilbau" schließlich ist es bekannt, ähnlich dem eingangs beschriebenen Verfahren bei Gasturbinentriebwerken zweiteilige Gelenkwellen bzw. Kardanwellen zunächst als Einzelteil auszuwuchten, dann die beiden Gelenkwellenteile zusammenzubauen und die Welle insgesamt zu wuchten. Dieses Auswuchtverfahren soll es möglich machen, jeden Gelenkwellenteil bei Bedarf auszutauschen und trotzdem einen nicht über die Vorschrift gehenden Unwuchtpegel beizubehalten. Dabei wird empfohlen, den Radialschlag an den Anschlußflanschen zu kontrollieren, weil dadurch ebenfalls erhebliche Unwuchten entstehen können.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit 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 zieht 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 dem 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 die Rotoren darstellenden Wellen 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 als erste Markierung 28 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 einem Pfeil als zweite Markierung 30 am Flansch 22 angezeigt. Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß die Abtriebswelle 14 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 20 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 also 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 e von 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 um 180° versetzt zur 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 die Markierung 28 grün oder gelb entsprechend der je weiligen Wuchtklasse ausgeführt sein, während dann die numerische Angabe am Gelenk 20 der Kardanwelle entfallen könnte.

Claims

1. Verfahren zum Erhalten einer ausgewuchteten Einheit, insbesondere einer Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge, aus zwei miteinander verbundenen Rotoren, von denen der erste Rotor, insbesondere die Abtriebswelle eines Getriebes, drehbar fest gelagert ist und an den der zweite Rotor, insbesondere eine Gelenkwelle, der ein frei bewegliches Ende aufweist, mit seinem anderen Ende angeflanscht ist, mit den Schritten

- numerisches Erfassen der Rundlaufabweichung e des ersten Rotors (Abtriebswelle 14) und Markieren deren Position im Verbindungsbereich,
- Erfassen der Restunwucht U_v des zweiten Rotors (Kardanwelle 18) und Markieren deren Position im Verbindungsbereich;
- Verbinden der beiden Rotoren (Abtriebswelle 14, Kardanwelle 18) so, daß deren jeweilige Markierung so nahe als konstruktiv möglich zueinander benachbart sind, damit die Restunwucht U_v des zweiten Rotors (Kardanwelle 18) der Rundlaufabweichung e des ersten Rotors (Abtriebswelle 14) gegenüberliegt, und
- 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 zu mit r ergibt als wirksamen Radius des Ausgleichsgewichtes A von der Rotordrehachse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restunwucht U_v des zweiten Rotors (Kardanwelle 18) ebenfalls numerisch erfaßt und in der Gleichung für das Ausgleichsgewicht mit 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 (Kardanwelle 18) nach Wuchtklassen klassifiziert ist und daß die Tabelle oder Graphik entsprechende Werte A je Wuchtklasse enthält.