AT502910B1 - Verfahren und anordnung zur aufzeichnung und auswertung von messdaten einer getriebeprüfeinrichtung - Google Patents

Description

2 AT 502 910 B1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufzeichnung und Auswertung von Meßdaten einer Getriebeprüf- bzw. Meßvorrichtung, insbesondere zur Vermessung des Zahnflankenspiels von Getriebezahnrädern.

Bei der üblichen Prüfung von Getrieben, insbesondere des Zahnflankenspiels, wird bislang die sogenannte statische Meßmethode der Einflankenwälzprüfung angewandt. Dabei wird das Zahnflankenspiel (= Verdrehflankenspiel) nur in einigen wenigen Eingriffsstellungen der zu messenden Zahnräder, zum Beispiel mittels Inkrementalgebern oder Drehwinkelgebern vermessen. Die dabei anfallenden Datenmengen sind dementsprechend gering. Eine derartige Meßmethode ist unkritisch bezüglich der Datenerfassung, -Übertragung und -Verarbeitung hinsichtlich Speicherbedarf und Geschwindigkeit.

An moderne Getriebe werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Tragfähigkeit, Lebensdauer, sowie des Geräuschverhaltens u.ä. gestellt. Aus diesem Grund ist es wichtig, den Prozeß der Getriebeherstellung, bzw. Montage, einer ständigen Kontrolle und Prüfung zu unterziehen, um Abweichungen und Toleranzen möglichst gering zu halten und somit die erforderliche Qualität zu gewährleisten. Diesen Anforderungen genügt die statische Meßmethode grundsätzlich nicht. Daher kommen bei hohen Qualitätsansprüchen dynamische Meßmethoden zum Einsatz. Dabei wird während den Umdrehungen der Zahnräder eine Vielzahl von Meßwerten aufgenommen, jeder Zahn wird gegen jeden möglichen Zahn vermessen. Dazu sind, falls keine 1:1 Übersetzung vorliegt, eine Vielzahl von Umdrehungen notwendig.

Aufgrund der geforderten hohen Meßgenauigkeit bei der Vermessung von Zahnrädern im Mikrometerbereich, fallen beispielsweise während einer Zahnradumdrehung von 360 ° bis zu 360.000 Datensätze zur Verarbeitung an. Wird die Messung selbst zusätzlich "in-line", also in die Montagelinie integriert, durchgeführt, so fallen enorme Datenmengen zur Aufzeichnung und Auswertung an. Durch eine Integration in den Montageprozeß muß der Meßprozeß selbst in der Taktzeit der übrigen Montagelinie durchgeführt werden, was eine schnelle Signalverarbeitung wünschenswert macht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erfassung der Meßdaten einer dynamischen Prüfung des Zahnflankenspiels von Getrieben anzugeben.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens anhand der Merkmale des Kennzeichenteiles des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes zeigen.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß es durch die Erfassung von Drehgebersignalen an der Antriebs- und an der Abtriebswelle und deren elektronische Weiterverarbeitung möglich wird, bei einer aufgezwungenen Drehung der Antriebswelle, die Winkelabweichung der Abtriebswelle zur Antriebswelle zu jedem Zeitpunkt und für jede Zahnrad-Zahn Paarung, für die dynamische Prüfung des Zahnflankenspiels mit bei modernen Getrieben gewünschter hoher Genauigkeit, zu erfassen. Ebenfalls können durch Drehrichtungsumkehr die Winkelabweichungen der gegenüberliegenden Zahnflanken erfaßt werden, wodurch eine Bestimmung des Zahnflankenspiels möglich wird.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Drehgebersignale digitalisiert und in einem Datenpuffer gespeichert werden, wodurch sie einer einfachen Weiterverarbeitung zugänglich werden und die Meßwerte vom Takt einer weiteren Auswerteeinheit unabhängig aufgenommen werden können. Die Löschung des Datenpuffers verhindert, falls es bei nachfolgenden Meßdurchläufen zu Fehlern in der Meßwerterfassung kommt, daß dieser Fehler unbemerkt bleibt.

Zur weiteren Verarbeitung, bzw. Auswertung der Daten ist eine Übertragung über eine Profibus-DP Schnittstelle, bzw. über ein Profibus-DP Netz an eine weitere Auswerteeinheit, z.B. einen 3 AT 502 910 B1 handelsüblichen IBM-kompatiblen PC möglich. Der PROFIBUS ist ein herstellerunabhängiger, offener Feldbus nach der internationalen Norm EN 50170. Vorteilhaft ist, daß beim Anschluß von Sensoren über Feldbussysteme der Verkabelungsaufwand und die Anzahl der Leitungen zwischen Meßgerät und Folge-Elektronik minimiert wird. Die elektrischen Eigenschaften des PROFIBUS-DP entsprechen dem RS-485-Standard, daher ist es besonders einfach Erweiterungen oder Ergänzungen durchzuführen, z.ß. andere Rechnersysteme als Auswerteeinheit zu verwenden.

Aus den übertragenen Inhalten des Datenpuffers können fortlaufende Meßreihen gebildet werden, wodurch bei einer Vielzahl von übertragenen Datenpuffern eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Werte zu den einzelnen Meßpositionen für eine spätere Auswertung vereinfacht wird.

In Weiterentwicklungen der eben genannten Ausführungsvarianten ist vorgesehen, daß der Meßwert der Abtriebswelle vom korrespondierenden Wert der Antriebswelle in der weiteren Auswerteeinheit subtrahiert wird bzw. visuell, insbesondere als fortlaufende Kurve, dargestellt wird. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine Kontrolle, bzw. einen Gesamtüberblick, über die Schwankungsbreite bzw. die Gleichmäßigkeit der vom Antriebsstrang auf den Abtriebsstrang aufgezwungenen Verdrehung. Auch nicht speziell geschultem Personal ist somit eine einfache Kontrolle möglich.

Diese genannte Ausführungsvariante kann gemäß Weiterentwicklungen auch in der entgegengesetzten Drehrichtung durchgeführt werden, wobei es dadurch möglich wird, ein reales Zahnflankenspiel aus der Differenz aus den für beide Drehrichtungen gewonnenen Datensätzen zu errechnen, welches Aufschluß über das dynamische Zahnflankenspiel gibt.

Durch die Visualisierung dieser Kurven und durch Berechnung und Gegenüberstellung des minimalen, maximalen und mittleren Zahnflankenspiels mit minimal und maximal zulässigen Zahnflankenspielen kann schnell und sicher eine Bewertung der Getriebe erfolgen.

Nach einer Weiterbildung des Verfahrens kann zum späteren Abrufen zu Reklamations- oder Kontrollzwecken eine Archivierung der gewonnenen Daten durchgeführt werden, was in solchen Fällen eine schnelle und einfache Aussage über die Qualität des ausgelieferten Getriebes zuläßt. Möglich ist auch, daß die gewonnenen Daten auf das Montagesystem selbst rückwirken. Vorteilhaft hierbei ist es, daß durch vergleichen dieser Daten mit den Messergebnissen der Vermessung der Getriebegehäuse bzw. der Zahnräder vor der Montage zum fertigen Getriebe, eine Optimierung des Montagesystems und des Montageprozesses hinsichtlich der erreichbaren Toleranzen und somit der Qualität möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll mit nachfolgenden Ausführungsbeispielen und anhand von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, als Blockschaltbild;

Fig. 2 eine Ausführungsvariante des Verfahrens nach Fig. 1, als Flußdiagramm;

Fig. 3 die prinzipielle Vorrichtung zur Aufzeichnung und Auswertung von Meßdaten einer Getriebeprüf- bzw. Meßvorrichtung, als Blockschaltbild;

Fig. 4 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung nach Fig. 3, als Blockschaltbild.

Einführend sei festgehalten, daß in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, 4 AT 502 910 B1 seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens als Blockschaltbild.

Erfassungseinheiten 1 und 2 sind jeweils einer Antriebswelle 3 und einer Abtriebswelle 4 zugeordnet, auf denen neben den Zahnrädern, jeweils Drehgeber 5 und 6 angeordnet sind. Ein zu prüfendes Getriebe 7 beinhaltet unter anderem zusätzlich verschiedene Lager und Anlageelemente, die hier nicht dargestellt sind. Die Drehgeber 5,6 liefern Absolutwerte der Winkelstellung der Antriebswelle 3, bzw. der Abtriebswelle 4, können aber auch als Inkrementalgeber ausgeführt sein, die Impulssignale liefern, deren Frequenz von der eingestellten Drehzahl des zu prüfendes Getriebes 7 und der Winkelauflösung der verwendeten Drehgeber 5, 6 abhängt.

Der an der Antriebswelle 3 angeordneter Drehgeber 5 tastet die Werte für die momentane Winkelstellung der Welle ab. Diese Signale können beispielsweise photoelektrischer, magnetischer, optischer oder rein elektrischer Natur sein. Eben solche Werte tastet der an der Abtriebswelle 4 angeordnete zweite Drehgeber 6 ab. Beide Werte werden dabei zu vorgegebenen Zeitpunkten von den Erfassungseinheiten 1 und 2 erfaßt und stehen ihrer Weiterverwendung zur Verfügung.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Um die Beschreibung nicht unnötig umfangreich zu gestalten, zeigt dieses Flußdiagramm einen möglichen Gesamtverfahrensablauf unter Einbeziehung der möglichen Weiterbildungen der Erfindung.

Nach einem Startimpuls, der mit Anlaufen des Getriebes 7 gegeben wird, beginnt, nach Abwarten einer einstellbaren Einlaufzeit 20, eine Vorlaufmessung 21. Das Aggregat wird dabei mit einer vorgegebenen Drehzahl n angetrieben.

Im Verfahrensschritt Nr. 22 werden die Daten des Drehgebers 5 der Antriebswelle 3 ausgelesen und der momentane Winkelwert X, (z.B. i=1) von der Erfassungseinheit 1 erfaßt. Diese Signale werden in Digitalwerte umgewandelt. Weiters werden die Nulldurchgänge, d.h. die erfolgten ganzen Umdrehungen erfaßt, digitalisiert und gezählt. Dieser Wert wird mit 360 ° multipliziert und zum Drehgeberwert addiert.

Im Schritt 23 werden zeitgleich die Daten des Drehgebers 6 der Abtriebswelle 4 ausgelesen und der momentane Winkelwert Yj (z.B. i=1) von der Erfassungseinheit 2 erfaßt. Die Nulldurchgangsauswertung dazu erfolgt analog zu Schritt 22.

Im Schritt 24 werden diese beiden Werte in einen beispielsweise 2 mal 50 Werte fassenden Datenpuffer geschrieben und der Zähler i um 1 erhöht.

Falls der Datenpuffer, wie in Schritt 25 geprüft wird, danach noch nicht vollständig beschrieben ist, wird mit den Schritten 22 und 23 fortgefahren. Falls doch, wird der Inhalt des Puffers über einen Datenbus, insbesondere über ein Profibus-DP Netz, an eine weitere Auswerteeinheit weitergegeben, der Zähler i und der Puffer werden gelöscht. In der Auswerteeinheit werden aus diesen verschiedenen, beispielsweise 2 mal 50 Werte — Datenblöcken Xj und Yj, zwei fortlaufende Meßreihen Xj und Yf gebildet.

Schritt 27 prüft, ob gerade die Vorlaufmessung oder die Rücklaufmessung durchgeführt wurde. Im Falle der Vorlaufmessung folgt im Schritt 28 in der Auswerteeinheit 13 eine Berechnung der Differenzwerte der beiden Meßreihen Xj und Yj, Kj = Xj - Yj. Physikalisch bedeuten diese Differenzwerte die Schwankungen der Verdrehwinkel der Wellen 3 und 4 aufgrund von Maßungenauigkeiten der Zahnradzähne. Weiters erfolgt eine graphische Darstellung dieser Werte Kj 5 AT502 910 B1 durch eine Auswerteeinheit 17.

Schritt 29 leitet im Falle, daß die Vorlaufmessung noch nicht zu Ende ist, zu den Schritten 22 und 23 weiter.

Falls die Vorlaufmessung beendet ist, wird im Schritt 30 die Drehrichtung umgekehrt und nach dem Abwarten der Einlaufzeit 31 die Rücklaufmessung 32 gestartet.

Die Schritte 22 bis 26 erfolgen analog zur Vorlaufmessung, Schritt 27 leitet jedoch zu Schritt 33 weiter. Hier erfolgt in der Auswerteeinheit wieder eine Berechnung der Differenzwerte der beiden Meßreihen Xj und Yj, Lj = Xj - Yj. Physikalisch bedeuten diese Differenzwerte wiederum die Schwankungen der Verdrehwinkel der beiden Wellen 3 und 4 aufgrund von Maßungenauigkeiten der Zahnradzähne, diesmal jedoch auf der gegenüberliegenden Zahnradzahnseite. Wiederum erfolgt eine graphische Darstellung dieser Werte Lj durch die Auswerteeinheit 17.

Parallel dazu erfolgt die Berechnung des realen Zahnflankenspiels ZFSj = (Kj - Lj)f aus der Differenz der Vorlaufmessung zur Rücklaufmessung, noch multipliziert mit dem Teilkreisfaktor f und erfolgt vorher eine Anpassung der Werte Kj und Lj, dahingehend, daß eine Datenreihe praktisch umgedreht werden muß, da aufgrund der Drehrichtungsumkehr der letzte Wert von Kj mit dem ersten Wert von Lj korrespondiert.

Schritt 34 führt, falls die Rücklaufmessung noch nicht beendet ist, zurück zu den Schritten 22 und 23.

Fig. 3 zeigt eine prinzipielle Vorrichtung zur Aufzeichnung und Auswertung von Meßdaten einer Getriebeprüf- bzw. Meßvorrichtung als Blockschaltbild dargestellt.

In dieser Fig. ist das zu prüfende Getriebe 7 mit den beiden Drehgebern 5 und 6 gezeigt, die die aktuellen Winkelstellungen der Antriebs und Abtriebswelle 3, 4 aufnehmen.

An den Ausgängen der Drehgeber 5, 6 sind die Erfassungseinheiten 1, 2 angeschlossen, die ein der Winkelstellung proportionales, vorzugsweise elektrisches, Signal erzeugen. Zähleinrichtungen 8, 9 stellen die Daten zur Ermittlung der vollständigen Umdrehungen bereit, die wiederum den Erfassungseinheiten 1, 2 zugeführt werden.

Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise so ausgeführt, daß die verwendeten elektronischen Elemente auf einer oder mehreren Flachleiterplatinen angeordnet werden. Diese Platine kann hinsichtlich ihrer Energieversorgung und Schnittstellen eigenständig ausgeführt sein, d.h. sie kann in eine Vielzahl von Meßsystemen integriert werden. Weiteres ist es möglich, diese Platine in Form einer Steckkarte für handelsübliche Computer auszuführen. Die notwendigen Versorgungsspannungen und die Platine selbst sind in Fig. 3 nicht dargestellt.

Analog/Digital-Wandler 10 und 11 wandeln die von den beiden Erfassungseinheiten 1 und 2 erfaßten Drehgeberwerte in entsprechende Digitalwerte um und stellen diese Werte an ihren Ausgängen zu ihrer Weiterverwendung bereit.

Ein Taktgeber 12 steuert die beiden Erfassungseinheiten 1 und 2, sowie die beiden Analog/Digital-Wandler 10 und 11, bezüglich der gewünschten Erfassungs- bzw. Umwandlungsfrequenz an.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Vorrichtung nach Fig. 3 als Blockschaltbild.

In dieser Fig. ist wiederum das zu prüfende Getriebe 7 mit den beiden Drehgebern 5 und 6 gezeigt, die-die aktuellen Winkelstellungen der Antriebs- und Abtriebswelle 3, 4 erfassen. 6 AT 502 910 B1

An den Ausgängen der Drehgeber 5, 6 sind die Erfassungseinheiten 1, 2 angeschlossen, die ein der Winkelstellung proportionales, vorzugsweise elektrisches, Signal erzeugen. Die beiden Zähleinrichtungen 8, 9 stellen die Daten zur Ermittlung der vollständigen Umdrehungen bereit, die wiederum den Erfassungseinheiten 1, 2 zugeführt werden.

Das Digitalisieren der vorzugsweise elektrischen Signale erfolgt in den an den Ausgängen der Erfassungseinheiten 1 und 2 angeschlossenen Analog/Digital - Wandlern 10 und 11.

Ein Mikrokontroller 13 liest periodisch die Ausgänge der Analog/Digital-Wandler 10, 11 aus, wertet die Anzahl der Nulldurchgänge aus und legt die erhaltenen, bzw. berechneten Daten in einem Datenpuffer 14 ab.

Der Taktgeber 12 steuert den Mikrocontroller 13, die beiden Erfassungseinheiten 1 und 2, sowie die beiden Analog/Digital-Wandler 10 und 11, bezüglich der gewünschten Erfassungs-bzw. Umwandlungsfrequenz an.

Vorteilhafterweise ist es möglich, daß der Mikrokontroller 13 mehrere elektronische Baugruppen, wie z.B. die Analog/Digital-Wandler 10, 11 oder den Datenpuffer 14 der erfindungsgemäßen Vorrichtung in sich vereint. Die notwendigen Energiequellen sind in Fig. 4 nicht dargestellt.

Der Datenpuffer 14 ist mit einer Datenübertragungsschnittstelle 15, insbesondere einer Profi-bus-DP Schnittstelle, über entsprechende Busleitungen 16 mit einer Auswerteeinheit 17, insbesondere einem IBM-kompatiblen PC, verbunden. Die Auswerteeinheit 17 übernimmt eine Weiterverarbeitung, bzw. Auswertung der Daten, visualisiert diese mit einer Anzeigeeinheit 18 und sichert die Daten in einer Speichereinheit 19 zur späteren Verwendung zu Kontroll- oder Reklamationszwecken.

Bezugszeichenaufstellung 1 Erfassungseinheit 2 Erfassungseinheit 3 Antriebswelle 4 Abtriebswelle 5 Drehgeber 6 Drehgeber 7 Getriebe 8 Zähleinrichtung 9 Zähleinrichtung 10 Analog/Digital - Wandler 11 Analog/Digital - Wandler 12 Taktgeber 13 Mikrokontroller 14 Datenpuffer 15 Datenübertragungsschnittstelle 16 Busleitungen 17 Auswerteeinheit 18 Anzeigeeinheit 19 Speichereinheit 20 Schritt 20 21 Schritt 21 22 Schritt 22 23 Schritt 23

Claims (10)

1. 7 AT502 910B1 24 Schritt 24 25 Schritt 25 26 Schritt 26 27 Schritt 27 28 Schritt 28 29 Schritt 29 30 Schritt 30 31 Schritt 31 32 Schritt 32 33 Schritt 33 34 Schritt 34 Patentansprüche: 1. Verfahren zur Aufzeichnung und Auswertung von Meßdaten einer Getriebeprüf- bzw. Meßvorrichtung, insbesondere zur Vermessung des Zahnflankenspiels von Getriebezahnrädern, mit jeweils an einer Antriebs- und einer Abtriebswelle (3, 4) des zu vermessenden Getriebes (7) angeordneten Drehgebern (5, 6) zum Erfassen der Winkelstellung der Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeber zu vorgegebenen Zeitpunkten die aktuelle Stellung der Wellen des Getriebes abtasten und ein dieser Stellung entsprechendes Signal liefern und daß die beiden erfaßten Signale der Drehgeber (5, 6) in Digitalwerte X und Y umgewandelt und in einen Datenpuffer (14) geschrieben werden, bei vollem Datenpuffer (14) der Inhalt an eine Auswerteeinheit (17) über einen Datenbus, insbesondere ein Profibus-DP-Netz, zu einer Weiter- und Endverarbeitung, insbesondere durch einen IBM-kompatiblen PC, übertragen wird und gegebenenfalls der Datenpuffer <14) anschließend gelöscht wird, wobei nach einer ziehenden Messung (Vorlaufmessung) in einer Drehrichtung ein weiterer Meßdurchlauf mit einer schiebenden Messung (Rücklaufmessung) in der entgegengesetzten Drehrichtung durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (17) aus den übertragenen Inhalten des Datenpuffers (14) zwei fortlaufende Meßreihen Xj und Y, gebildet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (17) die Differenz X-Y der Werte der beiden Meßreihen X, und Yj gebildet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Differenzwerte visuell, insbesondere als fortlaufende Kurve, dargestellt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Daten der schiebenden Messung die Differenz X-Y der beiden Meßreihen X, und Y, gebildet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der schiebenden Messung, parallel zur Differenzberechnung der Meßwerte X, und Y,, die Berechnung des realen Zahnflankenspieles für jeden Meßpunkt durchgeführt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Werte aus der Differenzberechnung, als auch die berechneten Werte des realen Zahnflankenspieles visuell, insbesondere als fortlaufende Kurven, dargestellt werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Daten eine Beurteilung des realen Zahnflankenspieles durch Berechnung und Gegenüberstellung des mini- 8 AT 502 910 B1 malen, maximalen und mittleren Zahnflankenspiels mit minimal und maximal zulässigen Zahnflankenspielen durchgeführt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnenen Daten auf einem Speichermedium (19) archiviert werden, insbesondere zum späteren Abrufen zu Reklamations- oder Kontrollzwecken.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnenen Daten auf ein Getriebemontagesystem rückwirken und somit zu dessen Optimierung durch Vergleich der gewonnenen Daten mit den Messergebnissen der Vermessung der Getriebegehäuse bzw. der Zahnräder vor der Montage herangezogen werden. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen