DE3922194C1

DE3922194C1 -

Info

Publication number: DE3922194C1
Application number: DE3922194A
Authority: DE
Inventors: Frithjof Dr.-Ing. 5000 Koeln De Klasen; Rainer 5205 St Augustin De Fickel
Original assignee: GKN CARDANTEC INTERNATIONAL GESELLSCHAFT fur ANTRIEBSTECHNIK MBH 4300 ESSEN DE
Current assignee: GKN CARDANTEC INTERNATIONAL GESELLSCHAFT fur ANTRIEBSTECHNIK MBH 4300 ESSEN DE
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1990-11-15
Anticipated expiration: 2009-07-07
Also published as: IT9020787A1; FR2649483A1; IT1251505B; GB2233771B; IT9020787A0; GB9014847D0; SE9002216D0; GB2233771A; SE9002216L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Lagerspiels der Zapfenlager eines vier rechtwinklig zueinander stehende Zapfen aufweisenden Zapfenkreuzes, deren paarweise eine gemeinsame Achse aufweisenden Zapfen jeweils in den Lagerbohrungen einer Gelenkgabel unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern, insbesondere Nadeln oder Rollen, und einer Lagerbüchse gelagert sind.

Das Spiel im Gelenk ist ein wesentliches Maß für die Qua lität der Funktion der Gelenkwelle und insbesondere deren Rundlauf. Aus diesem Grunde werden zur Fixierung der Lagerbüchsen in den Lagerbohrungen der Gelenkgabeln unter schiedlich dicke Sicherungsringe benutzt, um das Spiel zwischen den Zapfenendflächen und der Bodenfläche der Lagerbüchse einzustellen. Dabei wird die Einstellung nach Gefühl von der die Montage vornehmenden Person bestimmt. Es handelt sich im wesentlichen um eine Maßnahme, die auf das Geschick des Werkers abgestellt ist. Wenn der Werker das Gefühl hat, daß eine zu stramme oder zu lose Ein stellung erfolgt ist, hat er einen entsprechend dünneren oder dickeren Sicherungsring zu wählen.

Aus dieser Vorgehensweise folgt, daß es jeweils auf die Personen und deren Erfahrung ankommt, ein genügendes Führungsverhalten des Gelenkes zu erreichen. Meßbare Grö ßen liegen nicht vor, und darüber hinaus ist es auch nur von der Erfahrung der Montageperson abhängig, ob sie jeweils durch Wahl des richtigen Sicherungsringes die Montage beschleunigt.

Die Aufgabe der Erfindung liegt ausgehend hiervon darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der meßbare Größen für die Spieleinstellung und darüber hinaus unter Berücksichtigung der gemessenen Werte eine einfache Bestimmung der Stärke der Sicherungsringe erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der Abbeugung einer Gelenkgabel gegenüber der anderen ortsfest gehaltenen Gelenkgabel unter einem bestimmten Beugewinkel jeweils um die durch die beiden Zapfenpaare gebildeten Gelenkachsen entgegenwirkenden Biegemomente gemessen werden.

Durch die Messung der der Auslenkung entgegengerichteten Biegemomente wird ein objektivierbares Maß bezüglich der Schwer- beziehungsweise Leichtgängigkeit und damit ein Maß für die Spielverhältnisse erreicht. Es können also bei der Konstruktion nunmehr die erforderlichen Spiele genau fest gelegt werden. Die Auswahl der Sicherungsringe wird durch das jeweils gemessene Biegemoment für die beiden Zapfen paare bestimmt. Insgesamt wird durch das Meßverfahren eine große Wiederholgenauigkeit und darüberhinaus auch eine von Personen unabhängige Konstanz bei schnellerer Durchführung der Montage erreicht.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die beweg liche Gelenkgabel während des Meßvorganges auf dem durch den Beugewinkel vorgegebenen Radius um einen Rotations winkel von 90° um die Rotationsachse der ortsfesten Ge lenkgabel bewegt wird. Durch die Führung auf dem Radius erhält man eine stetige Bewegung der Lager des Kreuzgelenkes, was für eine kontinuierliche Messung wün schenswert ist. Der Bewegungsbereich von 90° ist aus reichend um den Wert eindeutig zu erfassen, da das Meß signal periodisch wiederkehren würde.

Zur Ausübung des Verfahrens ist erfindungsgemäß eine Vor richtung vorgeschlagen, die durch eine Aufnahme für die ortsfeste positionierte Festlegung der ortsfest zu halten den Gelenkgabel, durch einen an der beweglichen Gelenk gabel einenends fest anschließbaren Biegestab, der anderenends mit einem Kugelgelenk verbunden ist, dessen eines Gelenkteil dem Biegestab und dessen dazu abbeugbares anderes Gelenkteil einem Kraftantrieb zugeordnet ist und in einer Radialführung verschiebbar ist, durch auf der Außenfläche des im Querschnitt runden Biegestabes jeweils rechtwinklig zu den Gelenkachsen, dessen Längsdehnung und Längsstauchung aufnehmende Dehnmeßstreifen und durch eine Schaltung zur Spannungsmessung gekennzeichnet ist.

Aus der DE 25 20 672 A1 ist ansich ein Kraftaufnehmer in Form eines Biegestabes bekannt, welcher zum Messen von Kräften an Walzen mit einem Gelenkkopf oder Pendellager ausgerüstet sein kann und wobei der Biegestab mit Dehnungsmeßstreifen versehen ist, die über eine Schaltung zur Spannungsmessung die Längsdehnung und -stauchung des Biegestabes erfassen.

Bevorzugt wird dabei die als Flanschgabel ausgeführte Gelenkgabel als bewegliche Gelenkgabel genutzt, an welche der Biegestab über einen entsprechenden Anschlußkörper anschließbar ist.

Um die genaue Messung zu erreichen, ist eine Vorrichtung vorgeschlagen, die durch eine Meßanordnung bestehend aus einer Brückenschaltung für die Dehnmeßstreifen, einem nachgeschalteten Meßsignalverstärker mit einem Meßrechner und einem zusätzlichen Aufzeichnungsgerät zur Erfassung des Spannungsverlaufes über den Rotationswinkel, sowie einer Anzeigeeinheit zur Korrekturvorgabe gekennzeichnet ist.

Das Aufzeichnungsgerät zeichnet die Verläufe für die bei den Gelenkachsen separat auf. Gegebenenfalls kann durch eine erweiterte Auswerteschaltung dem Werker auch gleich vorgegeben werden, welche Sicherungsringstärke zu wählen ist. Um die nötige Größe für die Längenveränderung an der Oberfläche des Biegestabes zu erreichen, ist vorgeschlagen, den Biegestab als Rohr auszubilden.

Um eine exakte Bewegung erreichen zu können, ist ferner vorgeschlagen, daß die Radialführung und der Kraftantrieb für die Radial- und die Rotationsbewegung durch einen an sich bekannten Roboter dargestellt ist. Durch diesen Robo ter wird eine Wiederholbarkeit unter immer gleichen Vorbe dingungen erreicht.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Gelenkwelle, auf deren Gelenke das Ver fahren anwendbar ist,

Fig. 2 einen Schnitt A-A zu Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung in Verbindung mit einem Kreuzgelenk,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Meßanordnung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kreuzgelenkwelle 1 besitzt zwei Kreuzgelenke 2, welche durch eine Verbin dungswelle miteinander drehfest, aber eine Relativver stellung zulassend, verbunden sind. Die Kreuzgelenke 2 be stehen aus einer inneren Gelenkgabel 3 und einer äußeren Gelenkgabel 4. Die beiden Gelenkgabeln 3, 4 sind durch ein Gelenkkreuz 8 miteinander scharnierbar verbunden. Die äußere Gelenkgabel 4 besitzt einen Flansch 7, der zum Anschluß an ein treibendes oder getriebenes Maschinenteil oder Fahrzeugteil dient. Die beiden inneren Gelenkgabeln 3 sind mit Bauteilen, die zur Verbindungswelle gehören, verbunden. So kann beispielsweise eine der inneren Gelenkgabeln 3 Bestandteil eines Verschiebeaußenteiles 5 sein, welches eine mit einer Keilverzahnung versehene Bohrung aufweist, in die ein Verschiebeinnenteil 6 mit einer entsprechenden Außenverzahnung eingesetzt ist, das mit der anderen Innengabel 3 verbunden ist. Das Gelenk kreuz 8 besitzt vier im rechten Winkel zueinander stehende Zapfen 9 a, 9 b, 9 c und 9 d. Jeweils zwei der Zapfen 9 a und 9 c beziehungsweise 9 b und 9 d bilden Zapfenpaare. Das Zapfenpaar 9 a, 9 c besitzt eine Gelenkachse 26 und das Zapfenpaar 9 b, 9 d die Gelenkachse 27. Das Zapfenpaar 9 a, 9 c ist über Lagerungen in den Lagerbohrungen 12 der Gelenkgabel 3 und das Zapfenkreuzpaar 9 b, 9 d ebenfalls über Lagerungen in den Lagerbohrungen 12 der Gelenkgabel 4 jeweils schwenkbar um die beiden Gelenkachsen 26, beziehungsweise 27 aufgenommen.

Die Lagerung umfaßt jeweils auf der Außenfläche des zugeordneten Zapfens 9 a-d abwälzend angeordnete Wälzkörper 10, beispielsweise Lagernadeln, die andererseits an der Innenfläche einer Lagerbüchse 11 geführt sind. Die Lagerbüchse 11 ist mit ihrer Außenfläche in der Lagerboh rung 12 der zugehörigen Gelenkgabel 3 beziehungsweise 4 aufgenommen. Gegebenenfalls ist zwischen der Endfläche der Zapfen 9 a-d und der Bodenfläche der Lagerbüchse 11 eine Anlaufscheibe angeordnet. Das Spiel, das zwischen der Bodenfläche den beiden einander gegenüberliegenden Zapfen 9 a, 9 c beziehungsweise 9 b, 9 d zugeordneten Lagerbüchsen und den Zapfenflächen, wird durch in die Lagerbohrung 12 eingesetzte Sicherungsringe 13 bestimmt. Die Stärke der Sicherungsringe 13 wird entsprechend dem geforderten Spiel und damit der Abbeugung um die Gelenkachsen 26, 27 entgegenwirkenden Momente bestimmt. Die Lagerbüchsen 11 sind darüberhinaus durch zwischengeschaltete Dichtringe 14 gegenüber dem Zapfenkreuz 8 abgedichtet.

In Fig. 3 ist schließlich die Meßvorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ferner ist ein Gelenk, bei dem die Messung durchgeführt werden soll, ersichtlich. Beispielsweise ist eines der beiden Gelenke 2, beispielsweise das das Verschiebeaußenteil 5 aufweisen de Gelenk 2 mit dem Verschiebeaußenteil und der zugehö rigen Gelenkgabel 3 in der Halterung 28 ortsfest aber drehpositioniert aufgenonmen. Die zu diesem Gelenk 2 ge hörige Gelenkgabel 4 ist über ihren Flansch 7 an eine Anschlußplatte 26, welche Aufnahmezapfen aufweist, die zur Verbindung mit dem Flansch 7 dienen, drehfest und axial fest verbunden. An die Platte 16 ist ein Biegestab 17 fest angeschlossen. Das andere Ende des Biegestabes 17 ist mit dem Innenteil 22 eines Kugelgelenkes 21 fest verbunden. Das Gelenkinnenteil 22 des Kugelgelenkes 21 ist in dem Gelenkaußenteil 23 schwenkbar aufgenommen. Das Außenteil 23 wiederum ist an einer Radialführung 24 befestigt, welche zusätzlich um die Achse 29 der Aufnahme 28, welche die Rotationsachse der feststehenden Gelenkgabel 3 darstellt, über einen Schwenkwinkel von 90° im Rotations sinne auf einem Bogen bewegbar ist. Hierzu ist ein Kraftantrieb 25 vorgesehen. Dieser dient auch dazu, den Biegestab 17 und damit die Gelenkgabel 4 gegenüber der Gelenkgabel 3 um den vorgesehenen Meßwinkel A von vorzugsweise 35° abzubeugen. Die Funktion der Radial führung und auch des Rotationsantriebes kann durch einen Roboter übernommen werden.

Auf der Außenfläche 30 des Biegestabes sind Dehnmeß streifen 18 a-d jeweils 90° zu den Gelenkachsen 26, 27 des zu messenden Gelenkes 2 versetzt auf der Druck- und Zugseite angeordnet. Jeweils zwei Dehnmeßstreifen 18 a und 18 c und 18 b, 18 d bilden ein Paar welche zur Messung der Längendehnung, beziehungsweise Stauchung dienen. Über angeschlossene Meßverstärker und eine die Schaltung speisende Stromquelle läßt sich über eine geeignete Brückenschaltung die um die beiden Gelenkachsen 26, 27 auftretenden der Abbeugung entgegenwirkenden Biegemomente messen und zwar, als Spannungsgrößen, die dem Biegemoment proportional sind. Aus dem Biegemoment sind Rückschlüsse auf die Spielverhältnisse im Gelenk 2 zu ziehen, aus welchem im Vergleich zu den geforderten Sollmomenten eine Festlegung der Dicken der Sicherungsringe 13 erfolgen kann. Hierzu kann beispielsweise eine Auswerteschaltung der Fig. 4 vorgesehen sein, welche als eine Meßbrücken schaltung 31 der Dehnmeßstreifen 18 a, b und 18 c, d, einem Meßsignalverstärker 32 und einem daran angeschlossenen Meßrechner 33 mit zusätzlicher Kontrolle über ein Spannungsmeßgerät 20 besteht, und als Eingangsgrößen die zunächst eingesetzten Sicherungsringe mit ihrer Stärke und das als Sollmoment vorgegebene Biegemoment um die beiden jeweiligen Gelenkachsen 26, 27 umfaßt und aus den gemessenen Biegemomenten die jeweiligen Sicherungsring stärken zur Erzielung der Sollmomente errechnet. Die Anzeige der ermittelten Meßgrößen erfolgt entweder über ein zusätzliches Aufzeichnungsgerät 34 oder die berech neten Meßgrößen werden über eine Anzeigeeinheit 35 direkt zur Informationsausgabe über die vorzunehmende Korrektur dem Bedienungspersonal mitgeteilt.

Zur Ausschaltung von Meßfehlern, resultierend aus dem Eigengewicht des Gelenkes erfolgt nur eine geringe Auslenkung, die in der Größenordnung von 5 bis 10° liegt.

Bezugszeichenliste

1 Kreuzgelenkwelle
2 Gelenk
3, 4 Gelenkgabel
5 Verschiebeaußenteil
6 Verschiebeinnenteil
7 Flansch
8 Gelenkkreuz
9 a-d Zapfen
10 Wälzkörper
11 Lagerbüchse
12 Lagerbohrung
13 Sicherungsring
14 Dichtung
15 Meßvorrichtung
16 Anschlußplatte
17 Biegestab
18 a Dehnmeßstreifen
19 Stromquelle
20 Spannungsmesser/Biegemomentanzeiger
21 Kugelgelenk
22 Innenteil
23 Außenteil
24 Radialführung
25 Rotationsantrieb
26 Gelenkachse
27 Gelenkachse
28 Aufnahme
29 Rotationsachse
30 Außenfläche Biegestab
31 Meßbrückenschaltung
32 Meßsignalverstärker
33 Meßrechner
34 Aufzeichnungsgerät
35 Anzeigeeinheit
A Beugewinkel
R Radius

Claims

1. Verfahren zum Messen des Lagerspiels der Zapfenlager eines vier rechtwinklig zueinander stehende Zapfen aufweisenden Zapfenkreuzes, deren paarweise eine gemeinsame Achse aufweisenden Zapfen jeweils in den Lagerbohrungen einer Gelenkgabel unter Zwischenschal tung von Wälzkörpern, insbesondere Nadeln oder Rollen, und einer Lagerbüchse gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die der Abbeugung einer Gelenkgabel (4) gegenüber der anderen ortsfest gehaltene Gelenkgabel (3) unter einem bestimmten Beugewinkel (A) jeweils um die durch die beiden Zapfenpaare (9 a, 9 c, 9 b, 9 d) gebildeten Gelenkachsen (26, 27) entgegenwirkenden Biegemomente gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Gelenkgabel (4) während der Messung auf dem durch den Beugewinkel (A) vorgegebenen Radius (R) um einen Rotationswinkel von 90° um die Rotationsachse (29) der ortsfesten Gelenkgabel (3) bewegt wird.

3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Aufnahme (28) für die ortsfeste und posi tionierte Festlegung der ortsfest zu haltenden Gelenk gabel (3),
durch einen an der beweglichen Gelenkgabel (4) einen ends fest anschließbaren Biegestab (17), der anderen ends mit einem Kugelgelenk (21) verbunden ist, dessen eines Gelenkteil (22) dem Biegestab (17) und dessen dazu abbeugbares anderes Gelenkteil (23) ein Kraftan trieb (25) zugeordnet ist und in einer Radialführung (24) verschiebbar ist,
durch auf der Außenfläche (30) des im Querschnitt runden Biegestabes (17), jeweils rechtwinklig zu den Gelenkachsen (26, 27), dessen Längsdehnung und Längs stauchung aufnehmende Dehnmeßstreifen (18 a-d) und
durch eine Schaltung zur Spannungsmessung (20).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Ver fahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Meßanordnung bestehend aus einer Brückenschaltung (31) für die Dehnmeßstreifen (18 a, b) und (18 c, d), einem nachgeschalteten Meßsignalverstärker (32) mit einem Meßrechner (33) und einem zusätzlichen Aufzeichnungsgerät (34) zur Erfassung des Spannungsverlaufes über den Rotationswinkel sowie einer Anzeigeeinheit (35) zur Korrekturvorgabe.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (17) als Rohr ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialführung (24) und der Kraftantrieb (25) für die Radial- und die Rotationsbewegung durch einen an sich bekannten Roboter dargestellt sind.