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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Testen elektrischer und
mechanischer Energieübertragungssysteme,
die vibratorische und sonstige Reaktionen auf zugeführte elektrische
oder mechanische Energie aufweisen, und betrifft insbesondere eine
Anordnung, die ein im Test befindliches mechanisches oder elektrisches
System isoliert und Signale und Daten erzeugt, die Lärm entsprechen,
der von dem im Test befindlichen System in Reaktion auf die zugeführte Energie
hervorgerufen wird, wobei die Empfindlichkeit des Teilsystems oder
der Teilsysteme, welche den Lärm überwachen,
von einer Temperatur des im Test befindlichen Systems abhängig ist.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Lärmtests
an Zahnrädern
wurden bis heute mittels Verfahren versucht, bei denen die Getriebe- oder
Achsenbaugruppen starr in einer oder mehreren Ebenen montiert werden.
Bei einigen anderen früheren
Versuchen entschied man sich, eine der starr montierten Ebenen mit
einer Frequenz mitschwingen zu lassen, die zu dem Getriebelärm sympathetisch ist.
Keines dieser Verfahren und keines der sonstigen starr montierten
Testsysteme hat sich als erfolgreich erwiesen. Dies ist auf die
fehlende Wiederholbarkeit der früheren
Systeme zurückzuführen, was
größtenteils
die Folge wechselwirkender Resonanzen und externen Hintergrundlärms ist,
der durch das starr montierte System hindurch übertragen wird. Dies trifft ganz
besonders auf eine Produktionstestumgebung zu.
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Diese
Schwächen
des Standes der Technik zeigen sich am deutlichsten in der Achsenindustrie. Derzeit
besteht die einzige weithin anerkannte Möglichkeit der Messung von Getriebelärm darin,
eine montierte Achse zu beschaffen und sie in ein Testfahrzeug einzubauen.
Eine speziell geschulte Person bewegt das Fahrzeug dann in seinen
typischen Betriebszuständen
und lauscht dabei sorgfältig
auf Achsgetriebelärm.
Die Person bewertet die Qualität des
Achsgetriebelärms
auf einer Skala, die in der Regel von 0 bis 10 reicht. Zehn ist
normalerweise eine perfekte Achse, d. h. eine, die keinen Getriebelärm verursacht.
Dieses Verfahren wird durch folgende Faktoren erschwert:
- 1. der Mangel an verfügbaren geschulten Lärmbeurteilungsfachleuten
- 2. die Kosten von Testfahrzeugen
- 3. der Mangel an hochwertigen Straßen oder Teststrecken, auf
denen sich ein wiederholbarer und exakter Test durchführen lässt
- 4. die Zeit, die für
jeden Test benötigt
wird
- 5. die Subjektivität,
die durch Menschen in das Beurteilungssystem hineingetragen wird.
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Aufgrund
der oben genannten Komplikationen können durch einen großen Hersteller
in der Regel weniger als ein Dutzend Achsen in einer einzigen Schicht
getestet werden. Diese geringe Zahl ist statistisch nicht valide,
wenn man bedenkt, dass die meisten Hersteller Tausende Achsen am
Tag herstellen. Selbst mit den oben angesprochenen Problemen sind
menschliche Tester in Autos das einzige weithin anerkannte Verfahren
der Achstestung in der Industrie, weil es kein besseres, verlässlicheres
Testverfahren gibt. Dieses Fehlen einer wissenschaftlichen Grundlage
zur Beurteilung von Achsen und Getriebesystemen wirkt sich noch
schlimmer aus, wenn der Leser bedenkt, dass moderne Fahrzeuge außerordentlich
leise sind und in Zukunft noch leiser werden. Dieser Markttrend
verstärkt
den Druck auf Achsen- und andere Getriebehersteller, ihre Produkte
noch leiser zu machen. Es besteht Bedarf an einem System, das Getriebe- und Achsenherstellern
eine wiederholbare, verlässliche, exakte
und praktische Möglichkeit
des Messens von Getriebelärm
in Produktions- oder Laborumgebungen bietet. US-A-4,252,023 offenbart
ein Vibrationstestsystem für
Getriebebaugruppen.
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Es
ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, kostengünstig und schnell ein System
zum Testen eines Energietransfersystems wie beispielsweise einer Fahrzeugachse
bereitzustellen, und wiederholbare Resultate zu liefern.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
oben genannte sowie weitere Aufgaben werden mittels dieser Erfindung
erreicht, die in einem eine Vorrichtung betreffenden ersten Aspekt
eine Anordnung bereitstellt, mit der ein Energieübertragungssystem isoliert
werden kann, während
es einem Lärmtestverfahren
unterzogen wird, wobei das Energieübertragungssystem von dem Typ
ist, der einen Energieeingang und wenigstens einen Energieausgang
aufweist. Gemäß der Erfindung
ist die Anordnung mit einer Basis zum Tragen der Anordnung und des
Energieübertragungssystems
versehen. Ein Isolationsträger
trägt das
Energieübertragungssystem,
wodurch das Energieübertragungssystem
in wenigstens einer Bewegungsebene relativ zu der Basis verschiebbar
ist. Des Weiteren ist eine Eingriffnahmeanordnung zum Befestigen
des Energieübertragungssystems
an dem Isolationsträger
bereitgestellt, wobei die Eingriffnahmeanordnung eine erste Position
relativ zu der Basis aufweist, in der das Energieübertragungssystem
an dem Isolationsträger
installiert und von dem Isolationsträger abgenommen werden kann,
und eine zweite Position aufweist, in der das Energieübertragungssystem
an dem Isolationsträger
befestigt ist. Ein erster Schallsensor ist an einer ersten Position
in der Nähe
des Energieübertragungssystems
angeordnet und dient der Erzeugung eines ersten Signals, das im
Wesentlichen eine Reaktion auf einen qualitativen Zustand des Energieübertragungssystems
darstellt. Ein Wärmesensor
erzeugt ein Wärmesignal,
das eine Reaktion auf eine Temperatur des Energieübertragungssystems
darstellt. Eine Anordnung zum Steuern der Empfindlichkeit des Schallsensors
spricht auf den Wärmesensormittel
an und dient der Steuerung der Amplitude des ersten Signals in Abhängigkeit
von der Temperatur.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung hat der Wärmesensor
die Form eines Infrarotsensors, der optisch mit dem Energieübertragungssystem kommuniziert.
Bei einer speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung weist
das Wärmesensormittel
eine Richtungscharakteristik auf und ist auf eine zuvor festgelegte
Region des Energieübertragungssystems
gerichtet, um eine Temperatur oder eine Temperaturänderungsrate
der zuvor festgelegten Region im Verhältnis zur Zeit zu ermitteln.
Die Kontrolle über
die Amplitude des Lärmsignals
im Verhältnis
zur Temperatur erfolgt gemäß einer
nicht-linearen Beziehung zwischen Amplitude und Temperatur.
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Bei
einer Ausführungsform
ist des Weiteren eine Energiezufuhr bereitgestellt, die mit dem
Energieübertragungssystem
verbunden ist und dazu dient, dem Energieübertragungssystem Energie zuzuführen, wenn
sich die Eingriffnahmeanordnung sich in der zweiten Position befindet.
Das Energieübertragungssystem
ist – bei
einer Ausführungsform der
Anordnung der vorliegenden Erfindung – ein mechanisches Energieübertragungssystem,
und bei einer solchen Ausführungsform
hat die Energiezufuhr, die einen Teil der Anordnung der Erfindung
bildet, die Form einer Quelle mechanischer Rotationsenergie. Eine
Drehkupplung verbindet die Quelle mechanischer Rotationsenergie
mit dem Energieübertragungssystem.
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Bei
einer überaus
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist der Test des mechanischen Energieübertragungssystems
eine Vorwärts-
und eine Rückwärts-Arbeitsrichtung und
für die
Vorwärts- und
die Rückwärts-Arbeitsrichtung
jeweils einen Antriebs- und einen Leerlaufmodus auf. Das mechanische
Energieübertragungssystem
enthält
wenigstens ein Paar miteinander in Eingriff stehender Elemente, wobei
wenigstens ein Element dieses Paares miteinander in Eingriff stehender
Elemente ein Zahnrad mit einer Mehrzahl von Zähnen ist, wobei diese Zahnradzähne jeweils
eine erste und eine zweite Zahnfläche aufweisen, die mit dem
anderen Element dieses Paares miteinander in Eingriff stehender
Elemente kommunizieren. Eine Kommunikation zur Übertragung mechanischer Energie
zwischen dem Paar miteinander in Eingriff stehender Elemente wird
während
des Vorwärtsantriebsmodus' und des Rückwärtsleerlaufmodus' in erster Linie über die
jeweiligen ersten Zahnflächen
bewirkt und wird während
des Vorwärtsleerlaufmodus' und des Rückwärtsantriebsmodus' in erster Linie über die
jeweiligen zweiten Zahnflächen bewirkt.
Bei einem solchen im Test befindlichen System ist die Anordnung
der vorliegenden Erfindung mit einem ersten Schallsensor versehen,
der an einer ersten Position in der Nähe des mechanischen Energieübertragungssystems
angeordnet ist und dazu dient, ein erstes Signal zu erzeugen, das
im Wesentlichen eine Reaktion auf einen qualitativen Zustand der
ersten Zahnflächen
darstellt. Ein zweiter Schallsensor ist an einer zweiten Position
in der Nähe
des mechanischen Energieübertragungssystems
angeordnet und erzeugt ein zweites Signal, das im Wesentlichen eine
Reaktion auf einen qualitativen Zustand der zweiten Zahnflächen darstellt.
Die erste und die zweite Position befinden sich distal voneinander
an gegenüberliegenden
Seiten des Paares miteinander in Eingriff stehender Elemente.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Drehkupplung mit einer elastischen Kupplungsanordnung
versehen, die eine Drehbewegung über
einen vorgegebenen Bereich von Drehbewegungsübertragungswinkeln überträgt. Die
elastische Kupplungsanordnung ist mit einem ersten und einem zweiten
Kupplungsabschnitt versehen, wobei der erste und der zweite Kupplungsabschnitt
rotational starr miteinander verbunden sind. Überdies sind sie axial elastisch
miteinander verbunden, wodurch der erste und der zweite Kupplungsabschnitt
synchron über
einen vorgegebenen Bereich von Drehbewegungsübertragungswinkeln gedreht
werden können.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die elastische Kupplungsanordnung mit einem ersten
und einem zweiten Kupplungsabschnitt versehen, wobei der erste und
der zweite Kupplungsabschnitt rotational starr miteinander verbunden
sind und radial elastisch miteinander verbunden sind. Dadurch sind
der erste und der zweite Kupplungsabschnitt synchron über einen
vorgegebenen Bereich axialer Verschiebung drehbar.
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Bei
einer überaus
vorteilhaften Ausführungsform
ist zwischen der Quelle mechanischer Rotationsenergie und dem Energieübertragungssystem vorteilhafterweise
ein Drehmomentsensor angeordnet. Der Drehmomentsensor erzeugt ein
Signal, das eine Reaktion auf ein Drehmoment darstellt, das durch
die Quelle mechanischer Rotationsenergie an das Energieübertragungssystem
angelegt wird. Der Drehmomentsensor ist mit einem Drehmomentübertragungselement
ausgestattet, das eine vorgegebene Verformungscharakteristik aufweist.
Dadurch wird das Drehmomentübertragungselement
in Reaktion auf das Drehmoment verformt, das durch die Quelle mechanischer
Rotationsenergie an das Energieübertragungssystem
angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ist der Drehmomentsensor des Weiteren mit einem Belastungssensor
ausgestattet, der mit dem Drehmomentübertragungselement verbunden
ist und dazu dient, in Reaktion auf die vorgegebene Verformungscharakteristik
des Drehmomentübertragungselements
ein Belastungssignal zu erzeugen. Das Belastungssignal ist damit proportional
zum Drehmoment.
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Es
ist sehr vorteilhaft, das Restdrehmoment zu ermitteln, das benötigt wird,
um das im Test befindliche System in Drehung zu versetzen. Der Drehmomentsensor
ist daher so konfiguriert, dass er ein statisches Drehmomentsignal
erzeugt, das eine Reaktion auf die Größenordnung des Drehmoments darstellt,
das benötigt
wird, um in dem mechanischen Energieübertragungssystem eine Drehbewegung
zu beginnen. Es ist des Weiteren vorteilhaft, dass der Drehmomentsensor
so konfiguriert ist, dass er ein dynamisches Drehmomentsignal erzeugt,
das eine Reaktion auf die Größenordnung
des Drehmoments darstellt, das benötigt wird, um in dem mechanischen Energieübertragungssystem
eine Drehbewegung aufrecht zu erhalten.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
das im Test befindliche Energieübertragungssystem
ein elektrisches Energieübertragungssystem,
und die Energiezufuhr erfolgt über
eine Quelle elektrischer Energie. Bei einer solchen Ausführungsform
wird ein elektrischer Leistungsabnehmer bereitgestellt, der eine
elektrische Ausgangsenergie von dem Energieübertragungssystem empfängt, wenn
die Eingriffnahmeanordnung sich in der zweiten Position befindet.
Ein erster Sensor ist so konfiguriert, dass er mit dem Energieübertragungssystem
kommuniziert, um ein Informationssignal zu erzeugen, das eine Reaktion
auf ein Betriebscharakteristikum des Energieübertragungssystems in Reaktion
auf die von der Energiezufuhr zugeführte Energie darstellt. Der
erste Sensor ist so konfiguriert, dass er das Energieübertragungssystem
berührt,
um das Signal zu erzeugen. Alternativ ist der erste Sensor so konfiguriert,
dass er den Isolationsträger
berührt,
um das Informationssignal zu erzeugen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der erste Sensor so konfiguriert, dass er relativ
zu dem Energieübertragungssystem
verschoben werden kann.
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Wenn
eine Schallenergie überwacht
werden soll, die von dem im Test befindlichen System abgegeben wird,
so wird ein Mikrofon bereitgestellt, das dazu dient, ein Signal
zu erzeugen, das eine Reaktion auf eine Schallenergie darstellt,
die von dem Energieübertragungssystem
in Reaktion auf die von der Energiezufuhr zugeführte Energie abgegeben wird. Es
kann des Weiteren ein Lasersensor bereitgestellt werden, der dazu
dient, ein Signal zu erzeugen, das eine Reaktion auf eine Verschiebung
des Energieübertragungssystems
in Reaktion auf die von der Energiezufuhr zugeführte Energie darstellt. Bei
weiteren Ausführungsformen
wird ein Beschleunigungsmesser oder ein Geschwindigkeitssensor verwendet.
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Das
elastische Tragelement, welches das Energieübertragungssystem trägt, ist
bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung so konfiguriert, dass es eine Eigenfrequenz in jeder
Kombination der Basis, der Eingriffnahmeanordnung und des Energieübertragungssystems
ausschließt.
Somit stellt die Vibrations- oder Schallenergie, die von dem im
Test befindlichen System abgegeben wird, die gesamte Energie dar,
die gemessen und analysiert wird, ohne dass die Struktur des Tragesystems
zu ihr beiträgt
oder sie modifiziert.
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Vorzugsweise
trägt der
Isolationsträger
das Energieübertragungssystem
so, dass es in wenigstens einer zweiten Bewegungsebene relativ zu
der Basis verschiebbar ist.
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Bei
einer überaus
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist ein Eingriffnahmeantriebsmittel bereitgestellt,
das einen ersten Abschnitt aufweist, der mit der Basis verbunden
ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der Eingriffnahmeanordnung
verbunden ist. Das Eingriffnahmeantriebsmittel hat bei einer Ausführungsform
die Form eines linearen Stellgliedes, das an einem ersten Ende mit
der Basis verbunden ist und an einem zweiten Ende mit der Eingriffnahmeanordnung
verbunden ist. Das lineare Stellglied ist so konfiguriert, dass
es die Eingriffnahmeanord nung zwischen der ersten und der zweiten Position
antreibt. Des Weiteren wird es von der Eingriffnahmeanordnung getrennt,
wenn sich die Eingriffnahmeanordnung in der zweiten Position befindet.
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Bei
dieser Anordnung ist eine Eingriffnahmekupplung zwischen der Eingriffnahmeanordnung
und dem Eingriffnahmeantriebsmittel angeordnet. Die Eingriffnahmekupplung
ist mit einem Tragabschnitt versehen, der an dem Isolationsträger installiert
ist. Ein erster und ein zweiter Eingriffnahmearm sind schwenkbar
mit dem Tragabschnitt verbunden. Des Weiteren sind ein erstes und
ein zweites Gelenkelement an einem Schwenkpunkt miteinander und
mit dem Eingriffnahmeantriebsmittel verbunden und sind an ihren
distalen Enden schwenkbar mit dem ersten bzw. dem zweiten Eingriffnahmearm
verbunden. Auf diese Weise drängt
das Eingriffnahmeantriebsmittel den Schwenkpunkt auf einem vorgegebenen
Pfad entlang zu einer Verriegelungsposition, die sich jenseits einer
Stelle befindet, wo das erste und das zweite Gelenkelement axial
parallel zueinander verlaufen. Dieser Verriegelungseffekt wird durch
eine elastische Vorspannanordnung unterstützt, die an dem ersten und/oder
dem zweiten Eingriffnahmearm installiert ist. Die elastische Vorspannanordnung
legt eine elastische Vorspannkraft an das Energieübertragungssystem
an, was zusätzlich
die Eingriffnahmeanordnung in der zweiten Position hält.
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Ein
Verschiebungssensor ist an dem ersten und/oder dem zweiten Eingriffnahmearm
installiert und dient dazu, ein Entfernungssignal zu erzeugen, das
eine Reaktion auf eine Entfernung zwischen dem betreffenden Eingriffnahmearm,
an dem der Verschiebungssensor installiert ist, und dem Energieübertragungssystem
darstellt. Auf diese Weise ist das Entfernungssignal eine Reaktion
auf eine zuvor festgelegte Dimension des Energieübertragungssystems.
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Gemäß einem
ein Verfahren betreffenden Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren
zum Testen eines Sammelgetriebes des Typs mit einem Eingang und
einem Ausgang bereitgestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Installieren
des Sammelgetriebes auf einer Montagevorrichtung, die elastisch
eine Bewegung des Sammelgetriebes in alle Richtungen gestattet und
die eine Elastizitätsfrequenzcharakteristik
aufweist, die sämtliche
Eigenfrequenzen des Sammelgetriebes ausschließt;
Anlegen eines Drehmoments
an den Eingang des Sammelgetriebes, wodurch das Sammelgetriebe in Drehbewegung
versetzt wird;
Ansetzen eines Leistungsabnehmers an den Ausgang
des Sammelgetriebes;
Erfassen einer zuvor festgelegten Betriebscharakteristik
des Sammelgetriebes; und
Steuern des Erfassungsschrittes in
Reaktion auf eine Temperatur des Sammelgetriebes.
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Bei
einer Ausführungsform
dieses Verfahrensaspekts der Erfindung umfasst der Erfassungsschritt
den Schritt des Erkennens von Schallenergie, die von dem Sammelgetriebe
abgegeben wird. Des Weiteren umfasst der Schritt des Erkennens von Schallenergie,
die von dem Sammelgetriebe abgegeben wird, den Schritt des Anordnens
eines Mikrofons in der Nähe
des Sammelgetriebes.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Erkennens den Schritt des Erkennens von
vibratorischer Verschiebungsenergie, die von dem Sammelgetriebe
abgegeben wird. Der Schritt des Erkennens von vibratorischer Verschiebungsenergie,
die von dem Sammelgetriebe abgegeben wird, umfasst den weiteren
Schritt des Bewirkens einer Kommunikation zwischen einem Beschleunigungsmesser
und dem Sammelgetriebe, und der Schritt des Erkennens von vibratorischer
Verschiebungsenergie, die von dem Sammelgetriebe abgegeben wird, umfasst
den weiteren Schritt des Bewirkens einer Kommunikation zwischen
einem Geschwindigkeitsmesser und dem Sammelgetriebe.
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Nach
dem Schritt des Installierens ist des Weiteren der Schritt des Festklemmens
des Sammelgetriebes an der Montageanordnung vorgesehen. Bei einer
Ausführungsform,
wo die Montageanordnung an einem Bezugsbasisabschnitt installiert
ist, erfolgt der Schritt des Festklemmens in Reaktion auf den weiteren
Schritt des Anlegens einer Klemmbetätigungskraft an eine Klemmanordnung
relativ zu dem Bezugsbasisabschnitt. Eine Klemmbetätigungskraft wird
angelegt, und die Getriebeanordnung wird in die Lage versetzt, sich
unabhängig
von dem Bezugsbasisabschnitt frei zu bewegen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Anlegens einer Klemmkraft den weiteren Schritt
des Anlegens einer elastischen Klemmkraft an das Sammelgetriebe.
Dieser Schritt kann bei bestimmten Ausführungsformen den weiteren Schritt des Überwachsens
einer zuvor festgelegten Dimension des Sammelgetriebes in Reaktion
auf den Klemmschritt beinhalten. Dies wird mittels eines Sensors
bewerkstelligt, der die zurückgelegte
Entfernung misst.
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Das
Erfassen wird durch Überwachen
eines ersten Sensors bewirkt, der Schallenergie empfängt, die
eine Reaktion auf einen qualitativen Zustand des Sammelgetriebes
in einem Antriebsbetriebsmodus darstellt. Wenn der Antriebsbetriebsmodus
in einer ersten Arbeitsrichtung wirkt, so beinhaltet der qualitative
Zustand des Sammelgetriebes in dem Antriebsbetriebsmodus einen qualitativen
Zustand einer ersten Fläche
der Zähne
des Sammelgetriebes. Wenn der Antriebsbetriebsmodus in einer ersten
Arbeitsrichtung wirkt, so beinhaltet der qualitative Zustand des
Sammelgetriebes in dem Antriebsbetriebsmodus des Weiteren einen
qualitativen Zustand eines Profils eines Zahnrades des Sammelgetriebes
sowie einen qualitativen Zustand der Exzentrizität eines Zahnrades des Sammelgetriebes.
Des Weiteren beinhaltet der qualitative Zustand des Sammelgetriebes
in dem Antriebsbetriebsmodus einen qualitativen Zustand der Winkelausrichtung
der Zahnräder
des Sammelgetriebes. Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrensaspekts
der Erfindung, wo der Antriebsbetriebsmodus in einer ersten Arbeitsrichtung
wirkt, beinhaltet der qualitative Zustand des Sammelgetriebes in
dem Antriebsbetriebsmodus einen qualitativen Zustand von mehreren
sich bewegenden Komponenten des Sammelgetriebes.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Erfassungsschritt den weiteren Schritt
des Überwachens
eines zweiten Sensors, der Schallenergie empfängt, die eine Reaktion auf
einen qualitativen Zustand des Sammelgetriebes in einem Leerlaufbetriebsmodus
darstellt. Der Leerlaufbetriebsmodus beinhaltet einen qualitativen
Zustand einer zweiten Fläche
der Zähne
des Sammelgetriebes. Wenn der Leerlaufbetriebsmodus in einer ersten
Arbeitsrichtung wirkt, so beinhaltet der qualitative Zustand des
Sammelgetriebes in dem Leerlaufbetriebsmodus einen qualitativen
Zustand eines Profils eines Zahnrades des Sammelgetriebes. Des Weiteren
beinhaltet der qualitative Zustand des Sammelgetriebes in dem Leerlaufbetriebsmodus
einen qualitativen Zustand der Exzentrizität eines Zahnrades des Sammelgetriebes
sowie der Winkelausrichtung der Zahnräder des Sammelgetriebes. Bei
weiteren Ausführungsformen
beinhaltet der Leerlaufbetriebsmodus einen qualitativen Zustand
von mehreren sich bewegenden Komponenten des Sammelgetriebes.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
dieses Verfahrensaspekts der Erfindung sind der Antriebsbetriebsmodus
und der Leerlaufbetriebsmodus über
einen Zeitraum zyklisch, der kürzer
ist als ein Zykluszeitraum des Eingangs des Sammelgetriebes. Umgekehrt
kann der Zeitraum länger
sein als ein Zykluszeitraum des Eingangs des Sammelgetriebes. Dies
hängt in
gewissem Maße
von den effektiven Betriebsfaktoren innerhalb des im Test befindlichen Systems
ab. In Situationen, wo das im Test befindliche System ein elektrisches
System ist, können Oberschwingungen
und Signalverzerrungen den scheinbaren Zykluszeitraum relativ zu
dem Zykluszeitraum der Eingangsenergie beeinflussen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
sind der erste und der zweite Sensor jeweils an einer Position angeordnet,
die distal voneinander liegen, wobei das Sammelgetriebe dazwischen
angeordnet ist. Dies ermöglicht
eine Unterscheidung zwischen Betriebsmodalitäten des im Test befindlichen
Systems, die Richtungskomponenten aufweisen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird leichter verständlich, wenn
die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen
betrachtet wird.
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1 ist
eine Vorderansicht einer gemäß den Grundsätzen der
Erfindung konstruierten Anordnung zum Isolieren eines im Test befindlichen
Systems.
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2 ist
eine Seitenansicht der Ausführungsform
von 1.
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3 ist
eine auseinandergezogene Ansicht der Ausführungsform von 1,
wobei bestimmte Antriebskomponenten gezeigt sind.
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4 ist
eine Draufsicht auf die Ausführungsform
von 1.
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5 ist
eine teilweise frontale Phantomdarstellung einer Antriebsanordnung,
die einem im Test befindlichen isolierten mechanischen Energieübertragungssystem
mechanische Rotationsenergie zuführt.
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6 ist
eine Seitenansicht des Antriebssystems von 5.
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7 ist
eine Seitenansicht des Antriebssystems von 6, die vergrößert wurde,
um mehr Details zu zeigen.
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8 ist
eine Seitenansicht einer Kupplung, die das Antriebssystem mit dem
im Test befindlichen mechanischen System verbindet.
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9 ist
eine Draufsicht auf die Kupplung von 8, worin
drei Eingriffnahmeflächen
zur Eingriffnahme der Flanken einer (in dieser Figur nicht gezeigten)
Sechskantmutter am Rotationseingang des im Test befindlichen mechanischen
Systems gezeigt sind.
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10 ist
eine Seitenansicht einer Klemmanordnung, die gemäß den Grundsätzen der
Erfindung konstruiert ist, wobei die Klemmanordnung in zwei Positionen
gezeigt ist.
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11 ist
eine gemäß der Erfindung
konstruierte kompakte Antriebsanordnung zum Verbinden des Rotationsausgangs
eines im Test befindlichen mechanischen Energieübertragungssystems mit einem
rotierenden Lastabnehmer.
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12 ist
eine teilweise im Querschnitt gezeigte Seitenansicht der kompakten
Antriebsanordnung von 11, wobei des Weiteren ein elastisches Kupplungselement
gezeigt ist.
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13 ist
eine vergrößerte, teilweise
in Phantomdarstellung gezeigte Ansicht des elastischen Kupplungselements
von 12.
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14 ist
eine isometrische Darstellung einer gemäß den Grundsätzen der
Erfindung konstruierten Anordnung zum Isolieren eines im Test befindlichen
Systems, wobei es sich bei dem im Test befindlichen System um ein
elektrisches Energieübertragungssystem
handelt.
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15 ist
ein Ablaufdiagramm eines typischen Verfahrens zur Durchführung einer
Energieanalyse.
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16 ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Energieanalyse
gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung.
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17 ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Energieanalyse
gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung zum Ermitteln von Oberflächenerhebungen und Scharten in
einem mechanischen Energieübertragungssystem.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
eine Vorderansicht einer gemäß den Grundsätzen der
Erfindung konstruierten Anordnung zum Isolieren eines im Test befindlichen
Systems. Wie in dieser Figur gezeigt, ist eine Isolierungsanordnung 10 dafür konfiguriert,
ein mechanisches Antriebssystem in Form eines Differentialgetriebes 11 in
relativer Isolierung zu tragen. Das Differentialgetriebe 11 ist
von dem Typ, wie man es üblicherweise
in einem (nicht gezeigten) Kraftfahrzeug einsetzt, und soll mittels
der Isolierungsanordnung 10 unter einer Reihe von Betriebszuständen getestet
werden. Das Differentialgetriebe ist von dem Typ, das einen Rotationseingang 13 aufweist,
der mechanische Rotationsenergie von einer (in dieser Figur nicht
gezeigten) Antriebsvorrichtung erhält, die weiter unten beschrieben
wird. Des Weiteren weist das Differentialgetriebe 11 Rotationsausgänge 14 bzw. 15 auf,
die in Reaktion auf die zugeführte
Rotationsenergie, die am Rotationseingang 13 empfangen
wird, eine mechanische Rotationsenergie erzeugen. Wenn es in einem (nicht
gezeigten) Kraftfahrzeug verwendet wird, so ist das Differentialgetriebe 11 mit
der (nicht gezeigten) Antriebswelle des Fahrzeugs am Rotationseingang 13 verbunden,
und die Rotationsausgänge 14 und 15 sind
mit den (nicht gezeigten) Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden.
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Das
Differentialgetriebe 11 wird in dieser Darstellung von
einem Paar Stützen 18 und 19 getragen,
die auf einer Basis 20 installiert sind. Auf jeder der
Stützen 18 und 19 ist
ein zugehöriges
elastisches Isolierungselement 22 bzw. 23 installiert.
Auf den elastischen Isolierungselementen 22 und 23 ist
jeweils eine Eingriffnahmeanordnung 24 bzw. 25 installiert.
Die Eingriffnahmeanordnungen werden weiter unten detailliert beschrieben
und dienen dem Verbinden des Differentialgetriebes 11 an
seinen Rotationsausgängen 14 und 15,
wodurch es relativ zur Basis 20 befestigt wird, wobei jedoch
eine begrenzte Bewegung des Differentialgetriebes 11 relativ
zur Basis 20 möglich
ist.
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1 zeigt
des Weiteren ein Paar Lastabnehmeranordnungen 28 und 29,
die eine kontrollierbare Last an die jeweils zugehörigen Rotationsausgänge 14 bzw. 15 anlegen.
Die Rotationsausgänge sind
mechanisch mit den Lastabnehmeranordnungen 28 und 29 in
einer Weise verbunden (wobei die Kupplung in dieser Figur nicht
gezeigt ist), die eine begrenzte Bewegung der Rotationsausgänge relativ zur
Basis 20 ermöglicht.
Die zulässige
Verschiebung des Differentialgetriebes 11 gemäß der vorliegenden Erfindung
erfolgt entlang mehrerer Bewegungsebenen, und, wie weiter unten
noch beschrieben wird, die (in dieser Figur nicht gezeigten) Kupplungsanordnungen
zwischen den Rotationsausgängen 14 und 15 und
ihren zugehörigen
Lastabnehmeranordnungen 28 bzw. 29 gestatten axiale
und rotationale Grade an Bewe gungsfreiheit. Solche Kupplungen werden
anhand der 9–12 beschrieben.
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2 ist
eine Seitenansicht der Ausführungsform
von 1. Diese Figur ist entlang der Linie 2-2 von 1 betrachtet.
Zusätzlich
zu einem Teil der in 1 gezeigten Konstruktion zeigt 2 eine Sicherheitsabdeckung 30,
die den (nicht gezeigten) Benutzer der Isolationsanordnung gemäß etablierten Sicherheitsstandards
schützt.
Elemente der Konstruktion, die jenen entsprechen, die oben mit Bezug auf 1 besprochen
wurden, sind gleich bezeichnet.
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2 zeigt
die Eingriffnahmeanordnung 24 mit Eingriffnahmearmen 32 und 33,
die in einer Eingriffnahmeposition um den Rotationsausgang 14 herum
gezeigt sind. Wie weiter unten noch beschrieben wird, haben die
Eingriffnahmearme 32 und 33 (nicht gezeigte) eine
Eingriffnahme- und eine Löseposition, die
sie in Reaktion auf eine Betätigung
eines Eingriffnahmeantriebsmittels einnehmen, das in dieser Figur in
Form eines linearen Stellgliedes 35 gezeigt ist.
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Es
ist eine Sicherheitsabdeckung 30 dargestellt, die mit einem
Abdeckungsscharnier 31 verbunden ist, wodurch die Sicherheitsabdeckung
in Reaktion auf eine Betätigung
eines Abdeckungsstellgliedes 34 um dieses Scharnier herum
gedreht werden kann. Im Betrieb ist die Sicherheitsabdeckung während der
Durchführung
des Testverfahrens in der Position angeordnet, die in der Figur
gezeigt ist, und sie ist in eine Position angehoben, die nicht gezeigt
ist, um das Installieren und das Herausnehmen des im Test befindlichen
Systems, d. h. des Differentialgetriebes 11, zu ermöglichen.
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2 zeigt
des Weiteren einen Antriebsmotor 40, der in dieser Ausführungsformen
mit einer Riemenscheibe 42, die in 1 gezeigt
ist, verbunden ist.
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3 ist
eine auseinandergezogene Seitenansicht der Ausführungsform von 1,
wobei bestimmte Antriebskomponenten gezeigt sind. Elemente der Konstruktion,
die bereits besprochen wurden, sind gleich bezeichnet. Die Antriebsanordnung
und die Art und Weise, in der sie mit dem Differentialgetriebe 11 verbunden
ist, wird weiter unten anhand der 5–8 eingehender
besprochen.
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4 ist
eine Draufsicht auf die Ausführungsform
von 1. Elemente der Konstruktion, die bereits besprochen
wurden, sind gleich bezeichnet. Des Weiteren wurde das Differentialgetriebe 11 weggelassen
und ist darum in dieser Figur nicht zu sehen.
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In 4 ist
einer jeden Lastabnehmeranordnung 28 bzw. 29 eine
der Lastabnehmerkupplungsanordnungen 44 bzw. 45 zugeordnet,
von denen jede über
einen Lastabnehmerriemen 46 bzw. 47 mit einer der
Lastabnehmereinheiten 48 bzw. 49 verbunden ist.
Die Lastabnehmeranordnung 28 wird weiter unten anhand von 11 näher beschrieben,
und die Lastabnehmerkupplungsanordnungen 44 und 45 werden
anhand von 12 näher beschrieben. In 4 sind
die (in dieser Figur nicht gezeigten) Rotationsausgänge 14 und 15 mit
jeweiligen zugehörigen Lastabnehmerkupplungsanordnungen 44 bzw. 45 verbunden
(wobei die Kupplung in dieser Figur nicht gezeigt ist), die, wie
oben angemerkt, mehrere Grade an Bewegungsfreiheit ermöglichen.
Die Lastabnehmereinheiten 48 und 49 haben in dieser
speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung die
Form von elektrischen Bremsen oder Elektromotoren. Natürlich können bei
der Durchführung der
Erfindung auch andere Formen von Lastabnehmern verwendet werden.
Bei Ausführungsformen
der Erfindung, wo die Lastabnehmereinheiten die Form von Elektromotoren
haben, können
diese Motoren simulierte Brems- und Antriebsvorgänge ausführen. Somit können bei
der vorliegenden Ausführungsform,
wo die Isolationsanordnung für
das Testen einer Antriebskomponente eines Fahrzeuges, wie beispielsweise
eines Differentialgetriebes, verwendet wird, die Lastabnehmereinheiten
in einem Schlepp- oder Generatormodus betrieben werden, wobei das Differentialgetriebe
in einem simulierten Antriebsmodus betrieben werden würde. Das
heißt,
die Last wird von dem Differentialgetriebe angetrieben. Alternativ können die
Lastabnehmereinheiten in einem Motorantriebsmodus betrieben werden,
wobei das Differentialgetriebe selbst durch die Last angetrieben wird,
d. h. in einem simulierten Leerlaufmodus betrieben wird. Bei einer überaus vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung kann das Differentialgetriebe in Antriebs- und Leerlaufbetriebsmodi
in Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
betrieben und dadurch getestet werden. Man erinnere sich, dass während der
Antriebs- und Leerlaufbetriebsmodi verschiedene (nicht gezeigte)
Zahnradflächen
innerhalb des Differentialgetriebes veranlasst werden, miteinander
zu kommunizieren, wodurch ein erweiterter Testumfang angeboten wird.
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5 ist
eine teilweise frontale Phantomdarstellung einer Antriebsanordnung,
die einem im Test befindlichen isolierten mechanischen Energieübertragungssystem
mechanische Rotationsenergie zuführt.
Elemente der Konstruktion, die bereits besprochen wurden, sind gleich
bezeichnet. Die Abtriebswellen 52 und 53 ragen
in dieser Figur aus der fragmentarischen Darstellung der Rotationsausgänge 14 bzw. 15 heraus.
Die Abtriebswellen drehen sich in Reaktion auf das Ansetzen eines
Rotationsantriebes an den Rotationseingang 13.
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6 ist
eine Seitenansicht des Antriebssystems von 5. Die Funktionsweise
der Antriebsanordnung, die eine Rotationsantriebskraft an den Rotationseingang 13 des
Differentialgetriebes 11 anlegt, wird im vorliegenden Text
anhand der 5–9 beschrieben.
Wie gesagt, ist der Antriebsmotor 40 über einen Antriebsriemen 41 mit
der Riemenscheibe 42 verbunden, die an einer Antriebswelle 55 installiert
ist, die in den Figuren so dargestellt ist, dass sie axial vertikal
verläuft.
Die Riemenscheibe 42 enthält eine (nicht gezeigte) Drehmomenterfassungsanordnung,
die ein elektrisches Signal abgibt, das eine Reaktion auf einen
Drehmomentunterschied zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle 55 darstellt.
Das elektrische Signal, das eine Reaktion auf ein (nicht gezeigtes)
Drehmoment darstellt, kann am Signalausgabeanschluss 56 abgegriffen
werden.
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Bei
dieser speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung haben
die in der Riemenscheibe 42 angeordnete Drehmomenterfassungsanordnung
und ihr zugehöriger
Signalausgabeanschluss 56 die Form eines (nicht gezeigten)
Belastungsmessers, der so installiert ist, dass er auf die Verschiebung
eines (nicht gezeigten) Steges anspricht. Das heißt, bei
der Realisierung dieses Aspektes der Erfindung wird Drehmoment über einen Steg übertragen,
wodurch das Drehmoment beispielsweise an den Rand des Steges angelegt
wird und eine Abtriebswelle näher
zur Mitte des Steges hin angekoppelt ist. Natürlich kann es auch umgedreht
werden. Wenn Drehmoment angelegt wird, so wird der Steg entsprechend
verformt, und ein an dem Steg installierter Belastungsmesser misst
die Verformung in dem Steg in Reaktion auf das angelegte Drehmoment. Über einen
vorgegebenen Drehmomentbereich hinweg kann die Verformung des Steges,
wie sie durch den Belastungsmesser festgestellt wird, mit der Größenordnung
des angelegten Drehmoments korreliert werden. Der Signalausgabeanschluss 56 enthält bei dieser
speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung zusätzlich eine
(nicht gezeigte) Schaltungsanordnung, die eine Wechselspannungsverbindung
zu der Drehmomenterfassungsanordnung aufweist und das resultierende
Drehmomentsignal moduliert und demoduliert.
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Wie
in 6 dargestellt, ist die Welle 55 mittels
eines Paares Radiallager 58 gegen axiale Querbewegung gesichert.
Die Antriebswelle 55 dreht sich daher um ihre Achse in Reaktion
auf eine rotationale Antriebsenergie, die durch den Antriebsmotor 40 erzeugt
und ihr durch den Antriebsriemen 41 zugeführt wird.
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Eine
Kupplungsanordnung 60, die axial auf der Antriebswelle 55 befestigt
ist, gestattet eine elastische axiale Verschiebung einer Kupplungswelle 62 relativ
zu der Achse der Antriebswelle 55. Die Kupplungsanordnung 60 besteht
aus einem geflanschten Element 61, das so angekoppelt ist,
dass es sich mit der Antriebswelle 55 dreht. Wie zu sehen,
befindet sich ein weiteres geflanschtes Element 63 in Eingriff mit
der Kupplungswelle 62. Die geflanschten Elemente 61 und 63 sind
jeweils mit einem elastischen Element 65 versehen, das
die zulässige
axiale Verschiebung der Kupplungswelle 62 relativ zu der
Mittelachse, die durch die Antriebswelle 55 definiert wird,
ermöglicht.
Die Rotationsenergie wird über
ein Zwischenelement 67 übertragen,
mit dem die elastischen Elemente 65 in Verbindung stehen.
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7 ist
eine Seitenansicht des Antriebssystems von 6, die vergrößert wurde,
um mehr Details zu zeigen. Wie in den 6 und 7 gezeigt,
ist das oberste Ende der Kupplungswelle 62 dafür vorgesehen,
mit dem Rotationseingang 13 des Differentialgetriebes 11 (in
diesen Figuren in fragmentarischer Form gezeigt) verbunden zu werden. Das
Differentialgetriebe 11 ist vom herkömmlichen Typ, wobei eine Sechskantmutter 69 (7)
am Rotationseingang 13 installiert ist. Der Rotationseingang 13 ist
als Vorgelegewelle ausgebildet, und die Sechskantmutter 69 ist
daran angeschraubt. Das Anlegen eines hohen Anzugsdrehmoments an
die Sechskantmutter 69 während des Zusammenbaus des
Differentialgetriebes verhindert, dass sie sich löst, wenn über die
Kupplungswelle 62 Rotationsenergie zugeführt wird.
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7 zeigt
das Differentialgetriebe 11, während es an der Kupplungswelle 62 installiert
wird, so dass die Sechskantmutter 69 in zwei Positionen
gezeigt ist, wo sie mit 69 bzw. 69' bezeichnet ist. Nach der Installation
des Differentialgetriebes 11 steht die Sechskantmutter 69 mit
einem Mutternantriebsmittel 70 in Eingriff. Das Mutternantriebsmittel 70 ist
axial verschiebbar und ist darum in zwei Positionen gezeigt ist,
wo es mit 70 bzw. 70' bezeichnet ist.
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8 ist
eine Seitenansicht eines Mutternantriebsmittels 70, welches
das Antriebssystem mit dem im Test befindlichen mechanischen System
verbindet. 9 ist eine Draufsicht auf das
Mutternantriebsmittel 70 von 8, worin
drei Eingriffnahmeflächen
zur Eingriffnahme der Flanken einer (in dieser Figur nicht gezeigten)
Sechskantmutter am Rotationseingang des im Test befindlichen mechanischen Systems
gezeigt sind. Wie in 8 und 9 gezeigt,
hat das Mutternantriebsmittel 70 eine konische Außenseite,
wenn es von der Seite betrachtet wird (8). Innen
ist das Mutternantriebsmittel 70 mit drei Eingriffnahmeflächen 71 versehen.
Die Eingriffnahmeflächen
nehmen die Flankenflächen
der (nicht gezeigten) Mutter am Rotationseingang 13 des
Differentialgetriebes 11 in Eingriff. Das Mutternantriebsmittel
kann, wie oben erwähnt,
axial entlang der Achse der Kupplungswelle 62 verschoben
werden und wird durch die Wirkung eines elastischen Federelements 72 (6)
nach oben in Richtung der Mutter am Rotationseingang des Differentialgetriebes
gedrängt.
Somit wird das Mutternantriebsmittel durch die Wirkung der von der
Feder 72 ausgehenden leichten elastischen Vorspannung in
Verbindung mit der Mutter gedrängt,
wodurch die Eingriffnahme zwischen dem Mutternantriebsmittel 70 und
der (in den 8 und 9 nicht
gezeigten) Sechskantmutter am Rotationseingang des Differentialgetriebes 11 gewährleistet
wird. Es ist anzumerken, dass die leichte axiale Vorspannung, die
durch die Eingriffnahmefeder angelegt wird, vernachlässigt werden
kann und dem Differentialgetriebe ein Maß an Bewegungsfreiheit in axialer
Richtung gestattet.
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Wenden
wir uns noch einmal 7 zu, wo Sensoren 73–76 gezeigt
sind, die verschiedene Aspekte des Betriebes des Differentialgetriebes
in Reaktion auf das Anlegen der zugeführten Rotationsenergie überwachen.
Bei einer Ausführungsform
der Erfindung sind die verschiedenen Sensoren beispielsweise dafür konfiguriert,
die Winkelposition des Rotationseingangs, die transaxiale Verschiebung
der Antriebswelle, die transaxiale Verschiebung des Differentialgetriebes
in Reaktion auf das Anlegen der zugeführten Rotationsenergie, die
Temperatur in der Region des (nicht gezeigten) Eingangslagers des
Differentialgetriebes, den Lärm
usw. zu überwachen.
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10 ist
eine Seitenansicht einer Klemmanordnung, die gemäß den Grundsätzen der
Erfindung konstruiert ist, wobei die Klemmanordnung in zwei Positionen
gezeigt ist. Elemente der Konstruktion, die den bereits besprochen
entsprechen, sind gleich bezeichnet. Wie gezeigt, ist der Träger 18 veranschaulichenderweise über ein
oder mehrere Befestigungsmittel 140 mit der Basis 20 verbunden.
Bei dieser Ausführungsform
ist ein Paar elastischer Stützelemente 141 am
Tragelement 18 angeordnet, worauf ein Isolationsträger 142 ruht.
Der Isolationsträger hat
einen mittigen V-förmigen
Abschnitt 144, in dessen Nähe Traglager 146 und 147 installiert
sind. Der Rotationsausgang 14 des (in dieser Figur nicht
gezeigten) Differentialgetriebes 11 ruht auf den Traglagern.
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Die
Eingriffnahmearme 32 und 33 haben, wie oben angemerkt,
eine erste und eine zweite Position, die einem geöffneten
bzw. einem geschlossenen Zustand entsprechen. Die Eingriffnahmearme 32 und 33 sind
im geschlossenen Zustand gezeigt, wobei der Rotationsausgang 14 an
den Traglagern 146 und 147 festgeklemmt ist. Wenn
sich die Haltearme in der geöffneten
Stellung befinden, die mit 32' und 33' bezeichnet ist (in Strichlinie
gezeigt), so kann das Differentialgetriebe entnommen oder auf dem
Isolationsträger 142 installiert werden.
Ein Betätigen
der Eingriffnahmearme zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen
Zustand wird durch ein Bewegen des linearen Stellgliedes 35 bewirkt,
das mit den Eingriffnahmearmen durch jeweilige zugehörige Eingriffnahmekupplungsglieder 148 bzw. 149 verbunden
ist. Die Eingriffnahmekupplungsglieder 148 bzw. 149 sind
jeweils an einem ersten Ende mit einem zugehörigen Eingriffnahmearm 32 bzw. 33 verbunden,
und sie sind jeweils miteinander an einem zentralen Schwenkpunkt 150 verbunden.
Ein Anker 151 des linearen Stellgliedes 35 bewegt
sich vertikal aufwärts, um
das Festklemmen und Lösen
des Rotationsausgangs 14 zu bewirken.
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Wenn
der Anker 151 aufwärts
bewegt wird, so werden die Eingriffnahmearme 32 und 33 in
Richtung des Rotationsausgangs 14 gedrängt, wodurch federbelastete
Kontakte 152 und 153 mit dem Rotationsausgang 14 in
Verbindung treten. Bei dieser Ausführungsform üben die federbelasteten Kontakte
eine elastische Vorspannkraft gegen den Rotationsausgang 14 aus,
wodurch das Verriegeln der Eingriffnahmearme durch die Bewegung
des Ankers 151 unterstützt
wird. Wenn der Anker vollständig
nach oben gefahren ist, so werden die Eingriffnahmekupplungsglieder 148 und 149,
wie zu sehen, über
den Punkt hinaus gedrängt,
wo ihre jeweiligen Achsen parallel zueinander stehen, so dass die
Eingriffnahmekupplungsglieder gegen die Unterseite des Isolationsträgers 142 vorgespannt
werden. Es ist zu beachten, dass der (nicht ausdrücklich gezeigte)
Schwenkzapfen, der an der Schwenkkupplung 150 mit dem Anker 151 verbunden
ist, einen kleineren Durchmesser aufweist als die Öffnungen
in den Eingriffnahmekupplungsgliedern. Während des Testens der Vibrationen und
des Lärms
des Differentialgetriebes ist somit der Anker 151 des linearen
Stellgliedes 35 im Wesentlichen von den Eingriffnahmekupplungsgliedern 148 und 149 und
dem Isolationsträger 142 getrennt.
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Wenn
das Differentialgetriebe 11 aus der Isolationsanordnung 10 entnommen
werden soll, so wird der Anker 151 zurückgezogen, woraufhin die Schwenkkupplung 150 in
die Position verschoben wird, die mit 150' bezeichnet ist. In dieser Position sind
die Eingriffnahmearme zu der Position verschoben, die bei 32' und 33' in Strichlinie
gezeigt sind.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist einer oder sind beide der federbelasteten Kontakte 152 und 153 mit
einem Verschiebungssensor 154 ausgestattet, der ein elektrisches
Signal oder eine andere Anzeige erzeugt, das bzw. die eine Reaktion
auf das Ausmaß der
nach innen erfolgenden Verschiebung des federbelasteten Kontakts
darstellt. Eine solche Anzeige würde
eine Reaktion auf die Außenabmessung
des Rotationsausgangs des Differentialgetriebes 11 darstellen,
wodurch ein Mittel zum Bestimmen von Abmessungsänderungen des (in dieser Figur
nicht ausdrücklich
kenntlich gemachten) Differentialgehäuses während eines Produktionslaufes
bereitgestellt wird.
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11 ist
eine gemäß der Erfindung
konstruierte kompakte Antriebsanordnung zum Verbinden des Rotationsausgangs
eines (in dieser Figur nicht gezeigten) im Test befindlichen mechanischen Energieübertragungssystems
mit einem rotierenden Lastabnehmer, die im Weiteren in der Form
einer elektrischen Rotationsvorrichtung beschrieben wird, die in
einem Antriebs- und einem Generatormodus betrieben werden kann.
Wie in dieser Figur gezeigt, ist eine Lastabnehmeranordnung 80 mit
einem Lastmotor 81 versehen, der eine Riemenscheibe 82 aufweist,
die so angeordnet ist, dass sie sich mit einer Lastmotorwelle 83 dreht.
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Bei
dieser speziellen Ausführungsform
ist die Riemenscheibe 82 über einen Lastriemen 86 mit
einer weiteren Riemenscheibe 85 verbunden. Die Riemenscheibe 85 ist
mit einer röhrenförmigen Welle 89 verbunden,
die einen geflanschten Abschnitt 90 aufweist und in axialer
Verbindung mit einer röhrenförmigen Welle 89 steht.
In einer ähnlichen
Weise wie im Fall der Riemenscheibe 46 in 6 enthält die Riemenscheibe 82 in 11 eine
Drehmomenterfassungsanordnung 87, die ein (nicht gezeigtes)
elektrisches Signal erzeugt, das eine Reaktion auf einen Drehmomentunterschied
zwischen der Riemenscheibe und der Lastmotorwelle 83 darstellt.
Das elektrische Signal, das eine Reaktion auf ein Drehmoment darstellt,
kann am Signalabgabeanschluss 84 abgegriffen werden, wie
unten beschrieben.
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Bei
dieser speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung enthalten
die in der Riemenscheibe 82 angeordnete Drehmomenterfassungsanordnung 87 und
ihr zugehöriger
Signalausgabeanschluss 84 einen Belastungsmesser 88,
der so installiert ist, dass er auf die Verschiebung eines Steges 92 anspricht.
Das heißt,
bei der Realisierung dieses Aspektes der Erfindung wird Drehmoment über den
Steg 92 übertragen,
wobei das Drehmoment beispielsweise an den Rand des Steges angelegt
wird und eine Abtriebswelle 98 näher zur Mitte des Steges hin
angekoppelt ist. Natürlich
kann das Drehmoment auch in umgekehrter Drehrichtung angelegt werden.
Wenn das Drehmoment angelegt wird, so wird der Steg 92 entsprechend
verformt, und ein an dem Steg installierter Belastungsmesser 88 misst
die Verformung in dem Steg in Reaktion auf das angelegte Drehmoment. Über einen
vorgegebenen Drehmomentbereich hinweg kann die Verformung des Steges 92,
wie sie durch die Messung des elektrischen Reaktionssignals vom
Belastungsmesser 88 am Signalausgabeanschluss 84 festgestellt
wird, mit der Größenordnung
des angelegten Drehmoments korreliert werden.
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Wie
oben in Bezug auf den Signalausgabeanschluss 56 in 6 beschrieben,
enthält
bei dieser speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung der
Signalausgabeanschluss 84 in 11 zusätzlich eine
(nicht gezeigte) Schaltungsanordnung, die eine Wechselspannungsverbindung zu der
Drehmomenterfassungsanordnung aufweist und das resultierende Drehmomentsignal
moduliert und demoduliert. Das Drehmomentsignal ist in hohem Grade
eine Reaktion auf die Last- oder Antriebscharakteristik des Lastmotors 81,
der durch das Anlegen eines geeigneten (nicht gezeigten) elektrischen
Signals oder das Anschließen
(nicht gezeigter) elektrischer Lastabnehmer an seine elektrischen
Anschlüsse 99 gesteuert
werden kann.
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Die
röhrenförmige Welle 89 ist
drehbar in Kugellagern 91 gelagert. Auf der anderen Seite
der Riemenscheibe 85 ist ein elastisches Element 93 angeordnet,
das so befestigt ist, dass es durch die Wirkung einer Endkappe 94 in
Verbindung mit der Riemenscheibe 85 bleibt. In der Endkappe 94 ist
eine Lastwelle 95 befestigt; die so angeordnet ist, dass
sie sich entlang der Innenlänge
der röhrenförmigen Welle 89 erstreckt.
Somit dreht sich die Lastwelle 95 ungeachtet der Tatsache,
dass die röhrenförmige Welle 89 axial
in einem Träger 96 fixiert
ist, mit der röhrenförmigen Welle,
kann sich aber quer zur Drehachse 98 verschieben. Somit
hätte jedes
(in dieser Figur nicht gezeigte) Rotationselement, das mit der Lastwelle 95 an
ihrer zugehörigen
Kupplung 97 verbunden werden würden, Bewegungsfreiheit in
jeder Richtung quer zur Drehachse der Lastwelle und wäre darum
nicht in axialer Querrichtung begrenzt.
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12 ist
eine teilweise im Querschnitt gezeigte Seitenansicht einer kompakten
Antriebsanordnung, die in einiger Hinsicht der von 11 ähnelt. Diese
Figur zeigt ein Wellenlagersystem 100, das den Grad an
Bewegungsfreiheit bietet, der oben in Bezug auf die Ausführungsform
von 11 besprochen wurde, und zusätzlich eine Axialdrucklagerung bietet.
Das Wellenlagersystem 100 ist mit einer Riemenscheibe 101 ausgestattet,
die über
einen Riemen 102 mit einem anderen (nicht gezeigten) Rotationselement
verbunden werden kann. Die Riemenscheibe ist an einer röhrenförmigen Welle 104 befestigt,
die axial in einem Lager 105 durch Kugellager 106 fixiert
ist. Am anderen Ende der röhrenförmigen Welle 104 ist
die röhrenförmige Welle
radial so aufgeweitet, dass ein Wellenabschnitt 108 mit
einem Durchmesser entsteht, der größer ist als der Durchmesser
des mittigen Abschnitts der röhrenförmigen Welle.
Eine elastische Kupplungsanordnung, die allgemein mit 110 bezeichnet
ist, ist elastisch mit dem Wellenabschnitt 108 verbunden.
Die elastische Kupplungsanordnung 110 ist mit einer Zwischenplatte 111 und
einer Abschlussplatte 112 versehen, die elastisch miteinander
verbunden sind, wodurch sie sich mit der röhrenförmigen Welle 104 drehen.
Eine zentrale Welle 114 ist so an ihrem äußersten
rechten Ende mit der Abschlussplatte 112 verbunden, dass sie
sich damit drehen kann. Die zentrale Welle hat jedoch Bewegungsfreiheit
in allen Richtungen quer zu ihrer Drehachse. Jede Bewegung der zentralen
Welle 114 nach rechts ist durch einen Endanschlag 115 begrenzt,
der in dieser Ausführungsform
so angeordnet ist, dass einen Grad an axialer Verstellbarkeit bietet.
Das andere Ende der zentralen Welle 114 ist mit einer elastischen
Kupplungsanordnung verbunden, die allgemein mit 117 bezeichnet
ist.
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13 ist
eine vergrößerte, teilweise
in Phantomdarstellung gezeigte Ansicht des elastischen Kupplungselements
von 12. Das elastische Kupplungselement 117 ist
in dieser Figur in einer vergrößerten Form
gezeigt, um diese detaillierte Beschreibung zu unterstützen. Die
zentrale Welle 114 (12) hat
einen Endabschnitt 120 mit verringertem Durchmesser, an
dem eine geflanschte Scheibe 121 installiert ist, die einen
Abschnitt 122 mit verringertem Durchmesser und einen Flansch 123 dort
herum aufweist. Ein weiteres geflanschtes Element 125 ist
an dem Abschnitt 120 mit verringertem Durchmesser der zentralen
Welle 114 installiert, wobei ein Scherstift 127 zwischen
der geflanschten Scheibe 121 und einem weiteren geflanschten
Element 125 angeordnet ist. Außerdem ist ein ringförmiger Abschnitt 128 so
angeordnet, dass er die geflanschte Scheibe und das weitere geflanschte
Element umgibt und umfänglich über der
axialen Region liegt, wo das elastische Element 127 angeordnet
ist. Alle diese Elemente sind mittels eines Befestigungsmittels 129 und
einer Scheibe 130 an dem Endabschnitt 120 mit
verringertem Durchmesser der zentralen Welle 114 befestigt.
Wie gezeigt, ist das Befestigungsmittel 129 axial auf das
Ende der zentralen Welle 114 aufgeschraubt.
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Ein
Tragabschnitt 132 ist mittels Befestigungsmitteln 133 auf
dem weiteren geflanschten Element 125 befestigt. Der Tragabschnitt 132 ist
mittels Bolzen 136 elastisch mit einer geflanschten Welle 135 verbunden.
Obgleich die zentrale Welle 114 Bewegungsfreiheit quer
zu ihrer Drehachse aufweist, bietet somit die elastische Kupplungsanordnung 117 noch
weitere Bewegungsfreiheit in allen Richtungen quer zur Drehachse
für die
geflanschte Welle 135. Die geflanschte Welle 135 ist
bei einer Ausführungsform
der Erfindung letztendlich mit einem Rotationsausgang verbunden,
wie beispielsweise dem Rotationsausgang 15 von 1.
Alternativ kann das Wellenlagersystem 100 in der Antriebsanordnung
von 6 dazu verwendet werden, der Antriebswelle einen
hohen Grad an Bewegungsfreiheit seitlich zur Drehachse zu verleihen.
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14 ist
eine isometrische Darstellung einer Anordnung zum Isolieren eines
im Test befindlichen Systems, wobei das Isolationssystem gemäß den Grundsätzen der
Erfindung konstruiert ist. Bei dieser Ausführungsform ist das im Test
befindliche System ein elektrisches Energieübertragungssystem. Wie in dieser
Figur gezeigt, isoliert ein Isolationsträger 160 eine elektrische
Energieübertragungsvorrichtung,
die zur Veranschaulichung die Form eines Transformators 162 hat.
Der elektrische Transformator ist mittels einer Kniehebelverriegelungsvorrichtung 165 an
der Isolationsbasis 164 befestigt. Die Isolationsbasis 164 ist
von der Aufstandsfläche 166 mittels
mehrerer elastischer Isolationselemente 170 mechanisch
isoliert. Das heißt,
die Isolati onsbasis hat dank der elastischen Isolationselemente
Bewegungsfreiheit in wenigstens einer Bewegungsebene und vorzugsweise
in mehreren Bewegungsebenen.
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In
der Durchführung
dieser speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung haben
die elastischen Isolationselemente eine Elastizitätscharakteristik,
die – wie
oben im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen der Erfindung
angesprochen – eine
Eigenfrequenz des Isolationsträgers 160 und
des Transformators 162 ausschließen. Die Bewegung des Transformators
und des Isolationsträgers
ist daher im Wesentlichen vollständig
eine Reaktion auf die elektrische Energie, die zum oder vom Transformator 162 über seine
elektrischen Anschlüsse 172 übertragen
wird.
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15 ist
ein Ablaufdiagramm eines typischen Verfahrens zur Durchführung einer
Energieanalyse eines Getriebesystems. Bei diesem bekannten System
werden im Test befindliche Zahnräder 180 durch
einen Antrieb 181 angetrieben, dessen Drehzahl durch eine
Drehzahlsteuerung 183 gesteuert wird. Informationen bezüglich der
Antriebsdrehzahl werden zu einem digitalen Datenspeichersystem 185 geleitet.
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Analoge
Sensoren 187 erhalten analoge Daten von den im Test befindliche
Zahnrädern 180,
wobei die analogen Signale von den Sensoren zu einem A/D-Wandler 188 geleitet
werden. Der A/D-Wandler führt
die Umwandlung der analogen Signale in Reaktion auf einen Takt 190 durch,
und die resultierenden digitalen Daten werden zum digitalen Datenspeichersystem 185 geleitet.
Somit enthält
das digitale Datenspeichersystem 185 die digitalisierten
analogen Signale, die von den Sensoren 187 stammen, wobei
diese Daten mit der Drehzahl korreliert werden, mit der die im Test
befindlichen Zahnräder 180 angetrieben werden.
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Die
digitalen Daten des digitalen Datenspeichersystems 185 werden
in den Frequenzbereich umgewandelt, indem sie bei Schritt 193 einer
schnellen Fourier-Transformation unterzogen werden. Die resultierenden
Frequenzkomponenten werden dann bei Schritt 194 geordnet
und bei Schritt 195 manuell analysiert. Bei diesem Schritt
werden die erfassten Daten im Frequenzbereich anhand vorgegebener Testkriterien
analysiert. Bei Schritt 197 wird dann die Entscheidung "bestanden/nicht bestanden" getroffen. Wenn
die vorgegeben Kriterien nicht erfüllt werden, so wird bei Schritt 198 ein "Nicht bestanden"-Signal erzeugt.
Andernfalls wird bei Schritt 199 ein "Bestanden"-Signal erzeugt.
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16 ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Energieanalyse
gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung. Wie in dieser Figur gezeigt, werden im Test
befindliche Zahnräder 201' durch ein Antriebssystem 202 in
Drehung versetzt, wobei dieses Antriebssystem 202 auch
einen Kodierer 204 antreibt. Der Kodierer 204 liefert
Signale, die eine Reaktion auf die Drehung der im Test befindlichen
Zahnräder 201 darstellen,
an einen A/D-Wandler 206. Bei dieser Ausführungsform dient
das Signal vom Kodierer 204 als ein Schrittmachertakt für den A/D-Wandler.
Informationen bezüglich
Lärm und
Verschiebung, die von den im Test befindlichen Zahnrädern stammen,
werden durch analoge Sensoren 207 erfasst. Die resultierenden
analogen Signale werden dem A/D-Wandler 206 zugeleitet,
wo sie in digitale Signale umgewandelt werden, die mit der Drehbewegung
des Antriebssystems 202 korreliert werden.
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Die
digitalen Signale vom A/D-Wandler 206 werden einem digitalen
Datenspeicher 210 zugeleitet, wo sie in Korrelation zu
den Antriebsinformationen gehalten werden, die vom Kodierer 204 stammen.
Bei dieser speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung werden
die digitalen Daten zweidimensional gespeichert, wobei die Sensorsignalamplitude
mittels der y-Achse und die Drehposition mittels der x-Achse identifiziert
wird. Die korrelierten digitalen Daten werden bei Schritt 212 einer schnellen
Fourier-Trans formation unterzogen, wobei die Daten in ihre Frequenzkomponenten
umgewandelt werden.
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Die
Daten im Frequenzbereich werden bei Schritt 214 einer Verarbeitung
unterzogen, wo unter Verwendung eines Datenfensters eine Leistungsspektrumsdichte
erzeugt wird. Die Leistungsspektrumsdichte-Daten werden dann bei
Schritt 215 harmonisch analysiert, um ihre Beziehung zu
vorgegebenen Testkriterien zu bestimmen. Bei Schritt 216 wird
die Entscheidung getroffen, ob die Leistungsspektrumsdichte-Daten
vor dem Hintergrund vorgegebener Testkriterien "bestehen" oder "nicht bestehen". Wenn die vorgegebenen Kriterien nicht
erfüllt werden,
so wird bei Schritt 217 ein "Nicht bestanden"-Signal erzeugt. Andernfalls wird bei
Schritt 218 ein "Bestanden"-Signal erzeugt.
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17 ist
ein Diagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Analyse 230 gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung zum Ermitteln von Oberflächenerhebungen und Scharten
in einem mechanischen Energieübertragungssystem. Wie
in dieser Figur gezeigt, werden im Test befindliche Zahnräder 231 durch
ein Antriebssystem 232 über
einen Drehmomentsensor 234 in Drehung versetzt. Der Drehmomentsensor 234 sendet
Signale, die eine Reaktion auf die Drehkraft darstellen, die an die
im Test befindlichen Zahnräder 231 abgegeben wird,
an einen A/D-Wandler 236. Informationen bezüglich Lärm und Verschiebung,
die von den im Test befindlichen Zahnrädern stammen, werden durch Lärmsensoren 237 erfasst,
wozu (in dieser Figur nicht gezeigte) Geschwindigkeitssensoren,
(in dieser Figur nicht gezeigte) Beschleunigungsmesser, (in dieser
Figur nicht gezeigte) Mikrofone usw. gehören können. Die resultierenden Lärmsignale
werden zum A/D-Wandler 236 geleitet, wo sie in digitale
Signale umgewandelt werden, die mit dem Drehmoment korreliert werden,
das durch das Antriebssystem 232 an die im Test befindlichen
Zahnräder 231 angelegt
wird.
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Die
digitalen Signale vom A/D-Wandler 236 werden einem digitalen
Datenspeicher 240 zugeleitet, wo sie in Korrelation zu
den Antriebsinformationen gehalten werden, die vom Drehmomentsensor 234 stammen.
Bei dieser speziellen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung werden
die digitalen Daten als zwei zweidimensionale Datensätze gespeichert,
wobei die Lärmsensorsignalamplitude
mittels einer ersten y-Achse und die Zeit mittels der x-Achse identifiziert
wird. Die Amplitude des Drehmomentsignals wird mittels einer zweiten
Y-Achse und die Zeit wiederum mittels der x-Achse identifiziert.
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Die
korrelierten Daten aus dem digitalen Datenspeicher 240 werden
bei Schritt 242 einer Analyse unterzogen, wobei Spitzen,
die gleichzeitig in den Drehmoment- und Lärmsignalwellenformen auftauchen,
identifiziert werden. Diese Spitzen werden dann bei Schritt 244 gemessen,
um zu bestimmen, ob sie zuvor festgelegte Schwellen überschreiten. Jene
Spitzen, welche die zuvor festgelegten Schwellen überschreiten,
werden dann bei Schritt 245 anhand der Oberschwingungen
jeder Zahnradzahnfrequenz getestet, um zu bestimmen, ob die Spitzen
einem anormalen Zustand entsprechen.
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Bei
Schritt 246 wird die Entscheidung getroffen, ob die im
Test befindlichen Zahnräder
vor dem Hintergrund vorgegebener Testkriterien "bestehen" oder "nicht bestehen". Wenn die vorgegebenen Kriterien nicht
erfüllt
werden, so wird bei Schritt 247 ein "Nicht bestanden"-Signal erzeugt. Andernfalls wird bei
Schritt 248 ein "Bestanden"-Signal erzeugt.
Bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung erfolgt bei Schritt 249 eine Berechnung der
Schwere der Oberflächenerhöhungen oder
Scharten, die zu den anormalen Zuständen führten.
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Bei
einer Ausführungsform
des Verfahrens von 17 erfolgt die Analyse lediglich
mittels der Drehmomentdaten, die vom Drehmomentsensor 234 hergeleitet
wurden, ohne Korrelation der Lärmdaten, die
vom Lärmsensor 237 stammen.
Bei dieser Ausführungsform
kann deshalb auf den Lärmsensor 237 verzichtet
werden, da das von ihm erzeugte Lärmsignal nicht verwendet wird.
Der Drehmomentsensor 234 sendet daher Signale, die eine
Reaktion auf die Drehkraft darstellen, die an die im Test befindlichen Zahnräder 231 abgegeben
wird, an einen A/D-Wandler 236, und die digitalen Daten
werden als ein einzelner zweidimensionaler Datensatz gespeichert,
wobei die Amplitude des Drehmomentsignals mittels der y-Achse und
die Zeit mittels der x-Achse identifiziert wird.
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Dann
werden bei Schritt 244 die Spitzen im Drehmomentsignal
gemessen, um zu bestimmen, ob sie eine zuvor festgelegte Schwelle überschreiten. Jene
Spitzen, welche die zuvor festgelegten Schwellen überschreiten,
werden dann bei Schritt 245 anhand der Oberschwingungen
jeder Zahnradzahnfrequenz getestet, um zu bestimmen, ob die Spitzen anormalen
Zuständen
entsprechen.
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Bei
Schritt 246 wird die Entscheidung getroffen, ob die im
Test befindlichen Zahnräder
vor dem Hintergrund vorgegebener Testkriterien "bestehen" oder "nicht bestehen". Wenn die vorgegebenen Kriterien nicht
erfüllt
werden, so wird bei Schritt 247 ein "Nicht bestanden"-Signal erzeugt. Andernfalls wird bei
Schritt 248 ein "Bestanden"-Signal erzeugt.
Wie oben angesprochen, erfolgt bei Schritt 249 eine Berechnung
der Schwere der Oberflächenerhöhungen oder
Scharten, die zu dem anormalen Zustand führten.