-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Verbessern der Vibrationseigenschaften
eines Fahrzeug-Kraftübertragungssystems
oder ähnlicher
sich drehender, über
ein Universal- oder Wellengelenk verbundener Wellenkomponenten.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Die
meisten Fahrzeuge sind mit einem Kraftübertragungssystem versehen,
das Leistung von einer Drehleistungsquelle wie etwa einer Brennkraftmaschine
oder einem Dieselmotor an mehrere rotatorisch angetriebene Räder überträgt, siehe
beispielsweise US-A-5431049. Ein typisches Kraftübertragungssystem umfasst eine
Kupplung, ein Getriebe, eine Antriebswelle und eine Achse, die zwischen den
Motor und die Antriebsräder
geschaltet sind. Die Kupplung ist mit dem Motor verbunden, um dadurch wahlweise
eine Antriebsverbindung mit dem Getriebe herzustellen. Das Getriebe
stellt mehrere Drehzahlwechsel-Übersetzungen
zwischen der Kupplung und der Antriebswelle bereit. Die Antriebswelle
ist lang gestreckt, um die Drehleistung von dem Getriebe bis in
die Nähe
der Antriebsräder
zu übertragen. Die
Achse umfasst eine lang gestreckte Eingangswelle, die mit der Antriebswelle
verbunden ist, ein Differential, das durch die Eingangswelle drehend
angetrieben wird, und ein Paar Ausgangsachswellen, die das Differential
mit den Antriebsrädern
verbinden. Sämtliche
Verbindungen zwischen den Komponenten des Antriebsstrangs sind typischerweise
durch Universalgelenke oder ähnliche
Kopplungen ausgeführt,
die während
des Einsatzes ein Orientieren der zwei Komponenten unter verschiedenen
Winkeln zueinander ermöglichen.
-
Eine
typische Antriebswelle kann aus einem lang gestreckten, zylindrischen
Rohr gebildet sein, das ein Paar von Universalgelenken besitzt,
die an seinen Enden befestigt sind. Alternativ kann eine Antriebswelle
aus zwei (oder mehren) lang gestreckten, zylindrischen Rohren gebildet
sein, die durch Universalgelenke miteinander verbunden sind und
die ferner ein Paar von Universalgelenken aufweisen, die an den
Enden der Rohre befestigt sind, siehe beispielsweise US-A-520340.
Der Begriff "Antriebswelle", wie er hier verwendet
wird, umfasst die Gesamtanordnung aus dem Rohr (den Rohren) und
den daran befestigten Universalgelenken. Aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten
sind sowohl die Rohre als auch die Universalgelenke im Allgemeinen
in der Drehung unwuch tig. Folglich ist auch dann, wenn die Rohre
und die Universalgelenke zusammengefügt sind, die Antriebswelle
in der Drehung unwuchtig. Ähnlich
sind die Eingangswellen der Achsen während des Einsatzes im Allgemeinen
ebenfalls in der Drehung unwuchtig.
-
Es
ist wohlbekannt, dass während
des Einsatzes unerwünschte
Geräusche
und Vibrationen erzeugt werden, wenn die Antriebswelle und die Achseneingangswelle
in der Drehung nicht genau ausgewuchtet sind. Folglich werden die
Antriebswelle und die Achseneingangswelle bekanntermaßen vor
dem Einbau in das Fahrzeug-Kraftübertragungssystem einzeln
ausgewuchtet. Auf dem Fachgebiet sind viele Aufspannvorrichtungen
bekannt, um diese Komponenten einzeln auszuwuchten. Jedoch ist festgestellt worden,
dass dann, wenn eine einzeln ausgewuchtete Antriebswelle und eine
einzeln ausgewuchtete Achseneingangswelle in dem Fahrzeug-Kraftübertragungssystem
miteinander verbunden sind, die kombinierte Einheit in der Drehung
unwuchtig sein kann. Dies kommt selbst dann vor, wenn die Antriebswelle und
der Achseneingangswelle vor dem Einbau sorgfältig einzeln ausgewuchtet worden
sind. Die Unwucht der kombinierten Einheit führt zur Summierung der kleineren
einzelnen Unwuchten der Antriebswelle und der Achseneingangswelle,
wenn sie miteinander verbunden sind.
-
Es
gibt zwei herkömmliche
Typen von Befestigungen für
ein Kardanwellengelenk an einer Achse; ein Endjoch oder ein Flanschjoch
mit Gegenflanschen. Beide Typen von Verbindungen können unabhängig an
der Antriebswelle und an der Ritzelverbindung ausgewuchtet werden.
-
Jedoch
tritt an einer Endjoch-Verbindungsausführung ein Fehler von bis zu
90 Grad und an einem Flanschjoch mit Gegenflansch-Verbindungsausführung ein
Fehler von bis zu 22,5 Grad auf. Der Fehlergrad kommt vor, wenn
der Auto- oder Lastwagenhersteller
die Unwucht an der Anordnung von der Antriebswelle auf die Achse
verlagert. Dieser Fehler führt
zu einer Unwucht in dem Fahrzeug-Kraftübertragungssystem,
die der Fahrer als Vibration empfindet.
-
Auswuchtmaschinen
messen die Größe der durch
die auszuwuchtende Komponente oder Anordnung erzeugten Kraft. Die
Auswuchtmaschine berechnet dann die Größe des zum Korrigieren dieser Unwucht
erforderlichten Gewichts bei Kenntnis der Drehzahl der Auswuchtvorrichtung,
des Korrekturradius und des Korrekturwinkels. Diese werden alle beim
Aufbau der Einrichtung in das System eingegeben.
-
Sobald
die Komponente oder Anordnung bis zu einer gegebenen Anforde rung
ausgewuchtet fordert ist, der Kunde im Allgemeinen eine an der Antriebswelle
und/oder dem Ritzel angebrachte Markierung, die die belassene Restunwucht
angibt. Die Antriebswellen- und Achsanordnungen werden zur Montage
in die Fahrzeugstruktur getrennt zu der Montagestelle für Originalausrüstung (OE,
Original Equipment) verfrachtet. Sei der Montage der Antriebswelle
an dem Achsritzel wird der Monteur angewiesen, die Restunwuchtmarkierungen
so gut wie möglich
zu takten, um diese aufeinander auszurichten und somit die Auswirkung
der Restunwucht aufzuheben. Endjoche haben nur zwei mögliche Einstellungen,
0 und 180 Grad, weshalb ein Fehler von bis zu 90 Grad entstehen
kann, wenn versucht wird, die Restunwucht zu takten. Flanschjoche
und Gegenflanschverbindungen haben acht mögliche Einstellungen von jeweils
45 Grad, weshalb ein Fehler von bis zu 22,5 Grad entstehen kann,
wenn versucht wird, die Restunwucht zu takten.
-
Es
besteht ein Bedarf an einem System und einem Verfahren zum Kompensieren
der Restunwucht, die den durch die Struktur der herkömmlichen Kardanwellengelenke
verursachten möglichen
Fehlergrad berücksichtigen,
d. h. an einem Endjoch oder einem Flanschjoch mit Gegenflansch.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert.
-
Die
Erfindung würde
den oben erwähnten Fehler
bei verschiedenen Ausführungen
von Kardangelenkwellenverbindungen mit einem Achsritzel verkleinern.
-
Diese
Erfindung stellt die Restunwucht so ein, dass sie sich in einer
der möglichen
Einstellebenen befände,
d. h. bei 0 Grad oder 180 Grad beim Endjoch und in einer der acht
möglichen
Einstellebenen bei dem Flanschjoch und der Gegenflanschverbindung.
Natürlich
ist die Einstellebene durch die Verbindungspunkte für das Universalgelenk
definiert.
-
Die
erfindungsgemäße Einstellung
würde durch
anfängliches
Messen der Ausgeglichenheit der Antriebswelle oder der Achsanordnung
erfolgen und danach durch einen Algorithmus in der Elektronik der Auswuchtmaschine,
der die Restunwucht durch Anbringen eines Auswuchtgewichts an dem
berechneten Vektor mathematisch auf einen Einstellwerte in einer
gegebenen Orientierung einstellt.
-
Für ein Endjoch
würde die
Auswuchtmaschine dem Monteur den Korrekturwinkel durch Vektoranalyse
und die Größe des Gewichts,
das anzubringen ist, um die Restunwucht von beispielsweise 90 Grad
auf 0 oder 180 Grad (d. h. in eine Reihe mit der offenen Gruppe
von Kardangelenkzapfen) zu verschieben, angeben. Diese korrigierte
Restunwucht würde
zum Gebrauch durch den Fahrzeugmonteur sichtbar markiert. Ähnlich würde die
Achse an dem Endjoch, das an dem Ritzel befestigt ist, bis auf eine Restunwucht
ausgewuchtet. Wiederum würde
die Auswuchtmaschine durch Vektoranalyse dem Monteur den Korrekturwinkel
und die Größe des Gewichts,
das anzubringen ist, um die Restunwucht von einem Ort zwischen den
Jochlaschen zu einem Ort in einer Reihe mit den Jochlaschen (d.
h. einem Ort in einer Reihe mit den Kreuzstückbohrungen oder -halbrundungen)
zu verschieben, angeben. Diese korrigierte Restunwucht würde zum
Gebrauch durch den Fahrzeugmonteur sichtbar markiert. Wenn die Antriebswelle
auf der Fahrzeugmontagelinie zur Montage an der Achse bereit ist,
richtet der Monteur die Markierungen aus, um so die Restunwucht
zu Null zu machen und tatsächlich
ein verfeinertes Antriebssystem mit verringerter Vibration zu schaffen.
-
Für eine Flanschjochverbindung
wäre der Prozess
im Wesentlichen der gleiche, jedoch wären die relativen Winkel für die Restunwuchten,
durch die verschiedenen möglichen
Einstellpositionen bedingt, verschieden.
-
Es
sei angemerkt, dass Software verwendet werden kann, um die Unwucht
und den Winkel sowohl der Antriebswelle als auch des Achsritzels
zu messen und vektoriell auf eine gegebene Winkelebene und bis auf
eine Restunwuchtgröße zu kompensieren.
-
Diese
und andere Vorteile dieser Erfindung werden deutlich bei Bezugnahme
auf die folgende Zeichnung und die zugehörige Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 ist
eine Seitenrissansicht, die ein Fahrzeug mit einem herkömmlichen
Kraftübertragungssystem
schematisch zeigt.
-
2 ist
eine Seitenrissansicht, die eine Vorrichtung im Stand der Technik
zum Auswuchten von Abschnitten des in 1 gezeigten
Fahrzeug-Krafttübertragungssystems
schematisch zeigt.
-
3 ist
eine Seitenansicht einer adaptiven Antriebswelleanordnung.
-
4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Dreigelenk-Antriebswellenanordnung.
-
GENAUE BESCHREIBUNG DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
In
der Zeichnung ist zunächst
in 1 ein allgemein mit 10 bezeichnetes Fahrzeug
mit einem herkömmlichen
Kraftübertragungssystem
gezeigt. Das Kraftübertragungssystem
umfasst einen Motor 11, eine Kupplung 12 und ein
Getriebe 13. Wie wohl bekannt ist, umfasst der Motor 11 eine
(nicht gezeigte) Abtriebswelle, die über die Kupplung 12 wahlweise
mit einer (nicht gezeigten) Eingangswelle des Getriebes 13 verbunden
wird. Das Getriebe 13 stellt mehrere Drehzahlwechsel-Übersetzungsverhältnisse
zwischen der Drehzahl der Getriebeeingangswelle und der Drehzahl
einer (nicht gezeigten) Antriebswelle bereit.
-
Die
Abtriebswelle des Getriebes 13 ist über ein erstes Universalgelenk 14 mit
dem vorderen Ende eines ersten Antriebswellenabschnitts 15 verbunden.
Das hintere Ende des ersten Antriebswellenabschnitts 15 ist über ein
zweites Universalgelenk 16 mit dem vorderen Ende eines
zweiten Antriebswellenabschnitts 17 verbunden. Eine herkömmliche Mittellageranordnung 18 ist
an dem Rahmen des Fahrzeugs 10 befestigt, um das hintere
Ende des ersten Antriebswellenabschnitts 15 und daher das vordere
Ende des zweiten Antriebswellenabschnitts 17 drehbar zu
unterstützen.
-
Der
zweite Antriebswellenabschnitt 17 ist über ein drittes Universalgelenk 20 mit
dem vorderen Ende einer drehbaren Eingangswelle einer allgemein mit 22 bezeichneten
Achse verbunden. Die Achse 22 ist eine herkömmliche
Achse und umfasst ein (nicht gezeigtes) Differential, das durch
die Eingangswelle rotatorisch angetrieben wird. Das Differential
ist mit einem Paar (nicht gezeigter) Achsantriebswellen verbunden,
die ihrerseits mit jeweiligen Antriebsrädern 23 (wovon nur
eines gezeigt ist) verbunden sind. Wie wohl bekannt ist, wird die
Drehleistung, die vom Fahrzeugmotor 11 über die Antriebswellenabschnitte 15 und 17 auf
das Differential übertragen
wird, auf die Achswellen aufgeteilt, um die mit diesen verbundenen
Räder 23 jeweils
zu drehen. Der Begriff "Antriebswelle", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf die kombinierte Anordnung aus dem ersten
Universalgelenk 14, dem ersten Antriebswellenabschnitt 15,
dem zweiten Universalgelenk 16, dem zweiten Antriebswellenabschnitt 17 und
dem dritten Universalgelenk 20.
-
In 2 ist
nun eine allgemein mit 30 bezeichnete Vorrichtung im Stand
der Technik zum Auswuchten der Antriebswelle schematisch gezeigt.
Ein solches Auswuchten wird vor der Montage der Anordnung an dem
Fahrzeug 10 ausge führt.
Die Auswuchtvorrichtung 30 im Stand der Technik umfasst eine
Basis 31 mit einem Paar daran befestigter lang gestreckter
Führungsbahnen 32.
An den Führungsbahnen 32 ist
ein erster Antriebskopf 33 für Gleitbewegung angebracht.
Um den ersten Antriebskopf 33 zur Verwendung in einer gewünschten
Position längs der
Führungsbahnen 32 lösbar zu
befestigen, sind herkömmliche
Mittel wie etwa Gewindebefestigungen 33a vorgesehen.
-
Der
erste Antriebskopf 33 ist ein herkömmlicher Antriebskopf und enthält einen
(nicht gezeigten) Elektromotor veränderlicher Drehzahl. Die Abtriebswelle
des Elektromotors ist mit einem Joch 34 verbunden. Wie
in 2 gezeigt ist, ist das Joch 34 geeignet,
mit (nicht gezeigten) Lagern verbunden zu werden, die auf einem
Zapfenkreuz getragen sind, das an einem entsprechenden Jochabschnitt
des ersten Universalgelenks 14, das an dem vorderen Ende
des ersten Antriebswellenabschnitts 15 angebracht ist,
unterstützt
ist. Somit ist ersichtlich, dass das vordere Ende des ersten Antriebswellenabschnitts 15 unterstützt ist,
um durch den Elektromotor in dem ersten Antriebskopf 33,
wenn dieser gespeist wird, rotatorisch angetrieben zu werden. Der
erste Antriebskopf 33 enthält ferner einen daran angebrachten
Vibrationssensor 35. Der Sensor 35 ist ein herkömmlicher
Sensor und geeignet, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das für die Stärke der
Vibrationen, die in dem ersten Antriebswellenabschnitt 15, wenn
dieser gedreht wird, hervorgerufen werden, repräsentativ ist.
-
Die
Auswuchtvorrichtung 30 im Stand der Technik umfasst ferner
einen zweiten Antriebskopf 36, der einen (nicht gezeigten)
Elektromotor veränderlicher
Drehzahl enthält.
Der zweite Antriebskopf 36 ist ebenfalls auf die Führungsbahnen 32 für Gleitbewegung
montiert. Wie beim ersten Antriebskopf 33 sind zum lösbaren Befestigen
des zweiten Antriebskopfs 36 in einer gewünschten
Position längs
der Führungsbahnen 32 herkömmliche
Mittel wie etwa Gewindebefestigungen 36a vorgesehen. Somit
können
der erste Antriebskopf 33 und der zweite Antriebskopf 36 um
einen gewünschten
Abstand voneinander getrennt werden. Wie im Folgenden deutlich wird,
ist diese Struktur dazu vorgesehen, verschiedene Längen der
ersten und zweiten Antriebswellenabschnitte 15 und 17 aufzunehmen.
-
Der
zweite Antriebskopf 36 unterstützt ein Joch 37 bei
der Drehbewegung. Wie in 2 gezeigt ist, ist das Joch 37 geeignet,
mit (nicht gezeigten) Lagern verbunden zu werden, die auf einem
Zapfenkreuz getragen sind, das an einem entsprechenden Jochabschnitt
des dritten Universalgelenks 20, das an dem hinteren Ende
des zweiten Antriebswellenabschnitts 17 angebracht ist,
unterstützt
ist.
-
Somit
ist ersichtlich, dass das hinter Ende des zweiten Antriebswellenabschnitts 17 unterstützt ist,
um rotatorisch angetrieben zu werden, wenn der Elektromotor in dem
zweiten Antriebskopf 36 gespeist wird. Der zweite Antriebskopf 36 enthält ferner einen
daran angebrachten Vibrationssensor 38. Der Sensor 38 ist
ein herkömmlicher
Sensor und geeignet, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das für die Stärke der
Vibrationen, die in dem zweiten Antriebswellenabschnitt 17,
wenn dieser gedreht wird, hervorgerufen werden, repräsentativ
ist.
-
In Übereinstimmung
mit dieser Erfindung wird die Restunwucht so eingestellt, dass sie
sich in einer der möglichen
Einstellebenen befindet, d. h. bei 0 Grad oder 180 Grad beim Endjoch
und in einer der acht möglichen
Einstellebenen bei dem Flanschjoch und der Gegenflanschverbindung.
-
3 zeigt
einen Typ einer adaptiven Antriebswellenanordnung, die ein Rohr 50 umfasst,
das an jedem seiner Enden ein Rohrjoch 52 aufweist, wobei
das Rohrjoch 52 einen Teil eines Kardanwellengelenks, das
eine herkömmliche
Lageranordnung und ein herkömmliches
Zapfenkreuzelement umfasst, bildet. Eine Gleitjochanordnung 54 ist über das Universalgelenk
mit einem Ende des Rohrs 50 verbunden.
-
4 zeigt
eine Dreigelenk-Antriebswellenanordnung, die eine Achse 60 und
eine Antriebswelle 62, die durch ein Kardanwellengelenk 64 verbunden sind,
umfasst.
-
Die
erfindungsgemäße Einstellung
würde durch
anfängliches
Messen der Ausgeglichenheit der Antriebswelle oder der Achsanordnung
und danach durch einen Algorithmus in der Elektronik der Auswuchtmaschine
erfolgen, wobei die Erfindung die Restunwucht durch Anbringen eines
Auswuchtgewichts an dem vorgegebenen oder berechneten Vektor mathematisch
auf einen Einstellwert in einer gegebenen Orientierung einstellt.
-
Durch
Vektoranalyse würde
die Auswuchtmaschine dem Monteur den Korrekturwinkel und die Größe des Gewichts,
das anzubringen ist, um die Restunwucht aus ihrer natürlichen
Position auf 0 oder 180 Grad (d. h. in eine Reihe mit der offenen
Gruppe von Kardangelenkzapfen) zu verschieben, angeben.
-
Als
nächstes
wird die korrigierte Restunwucht zum Gebrauch durch den Fahrzeugmonteur sichtbar
markiert.
-
Ähnlich würde die
Achse an dem Endjoch, das an dem Ritzel befestigt ist, bis auf eine
Restunwucht ausgewuchtet. Wiederum gibt die Auswuchtmaschine dem
Monteur den Korrekturwinkel und die Größe des Gewichts, das angebracht werden
muss, um die Restunwucht von einem Ort zwischen den Jochlaschen
zu einem Ort in einer Reihe mit den Jochlaschen (d. h. einem Ort
in einer Reihe mit den Kreuzstückbohrungen
oder -halbrundungen) zu verschieben, an. Diese korrigierte Restunwucht
wird zum Gebrauch durch den Fahrzeugmonteur sichtbar markiert. Wenn
die Antriebswelle auf der Fahrzeugmontagelinie zur Montage an der
Achse bereit ist, richtet der Monteur die Markierungen aus, um so
die Restunwucht zu Null zu machen und tatsächlich ein verfeinertes Antriebssystem
mit verringerter Vibration zu schaffen.
-
Beispielsweise
wird eine Antriebswelle mit einer Endjoch-Ritzelverbindung bis auf
eine Restunwucht von etwa 0,50 Unzen·Zoll ausgewuchtet. Es wurde
festgestellt, dass sich die Restunwucht an dem 90-Grad-Ort an der
Antriebswelle befindet. Durch Vektoranalyse gibt die Auswuchtmaschine dem
Monteur den Korrekturwinkel und die Größe des Gewichts, das anzubringen
ist, um die Restunwucht von 90 Grad auf 0 oder 180 Grad d. h. in
eine Reihe mit der offenen Gruppe von Kardangelenkzapfen) zu verschieben,
an. Diese korrigierte Restunwucht wird zum Gebrauch durch den Fahrzeugmonteur
sichtbar markiert. Ähnlich
würde die
Achse an dem Endjoch, das an dem Ritzel befestigt ist, auf eine
Restunwucht von etwa 0,50 Unzen·Zoll ausgewuchtet. Falls
die Restunwucht bei 90 Grad zwischen den Jochlaschen liegt, würde die
Auswuchtmaschine dem Monteur ebenfalls durch Vektoranalyse den Korrekturwinkel und
die Größe des Gewichts,
das anzubringen ist, um die Restunwucht von einem Ort zwischen den Jochlaschen
zu einem Ort in einer Reihe mit den Jochlaschen, d. h. einem Ort
in einer Reihe mit den Kreuzstückbohrungen
oder -halbrundungen, zu verschieben, an. Diese korrigierte Restunwucht
wird zum Gebrauch durch den Fahrzeugmonteur sichtbar markiert.
-
Es
sei angemerkt, dass die Prozedur gewöhnlich darin besteht, die Achse
an dem Punkt maximaler Unwucht und die Antriebswelle an dem Punkt minimaler
Unwucht zu markieren. Nun sind beide Komponenten bereit für die Montage.
Wenn die Antriebswelle für
die Montage an der Achse auf der Fahrzeugmontagelinie bereit ist,
richtet der Monteur die Markierungen aus, womit er die Restunwucht
von 0,50 Unzen·Zoll
aufhebt und tatsächlich
ein verfeinertes Antriebssystem mit einer verringerten Vibration
schafft.
-
Der
Prozess der vorliegenden Erfindungen vereinfacht den Prozess des
Auswuchtens und Zusammenbauens des Fahrzeugantriebsstrangs und verbessert
die Vibrationseigenschaften des Fahrzeugs.
-
Es
sei angemerkt, dass Software verwendet werden kann, um die Unwucht
und den Winkel sowohl der Antriebswelle als euch des Achsritzels
zu messen und vektoriell zu einer gegebenen Winkelebene und bis
auf eine Restunwuchtgröße zu kompensieren.