Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Geräuschstärke sowie zur Ermittlung der Lage von schadhaften Zahnrad zähnen
Die Erfindung bezieht sich auf Geräuschmessungen an Zahnrädern für Getriebe und auf die Feststellung der Lage schadhafter Zahnradzähne.
Das Prüfen von Zahnrädern auf ruhiges Laufen wird häufig mit Maschinen durchgeführt, bei denen zwei Zahnräder, ein zu prüfendes Zahnrad und ein Normalzahnrad, miteinander kämmend in einer geschlossenen Kammer laufen, und dass die so erzeugten Laute mit blossem Ohr ohne irgendwelche Hilfsmittel abgehört werden.
Das durch das Laufen der miteinander kämmenden Zahnräder entstehende Geräusch weist grundlegende Kennzeichen in bezug auf Lautstärke und Frequenz auf, jedoch kann jeweils ein schlagartiges Geräusch auf Grund schadhafter Zähne, oder können rhythmische Schläge durch falschen Zuschnitt oder Verformung infolge von Warmbehandlung usw., auftreten. Zwar ist es nicht schwierig, derartig hörbare Fehleranzeichen mit dem Ohr aufzunehmen, jedoch ist es eine besondere Aufgabe, die Lage der dafür verantwortlichen Zähne festzustellen. Noch schwieriger ist es, eine bestimmte Lautstärke des Geräusches, oberhalb der die Zahnräder zurückgewiesen und unterhalb der die Zahnräder annehmbar und verwendbar sind, im Gedächtnis zu behalten.
Bei der Erfindung sollen diese beiden Schwierigkeiten insbesondere durch eine Vorrichtung. behoben werden, die bei Anbringen an eine Zahnräderp vorrichtung direkt die Zähne bezeichnet, die die schlagartigen Geräusche verursachen, die rhythmischen Anschläge kenntlich macht, und. die das erzeugte Geräusch quantitativ misst. Das verbesserte Prüfverfahren für Zahnräder arbeitet für alle praktischen Zwecke unabhängig von Fremd-. oder Störgeräuschen, und die Maschinen, bei denen es verwendet wird, können innerhalb eines hohen Pegels an Neben- oder Umgebungsgeräuschen arbeiten.
Erfindungsgemäss wird die Messung des Gesamtgeräusches, das durch das Laufen eines zu prüfenden Zahnrades in Verbindung mit einem Normalzahnrad erzeugt wird, sowie die Feststellung der Lage schadhafter Zähne durch eine Kathodenstrahlröhre erzielt, die mit Stromkreisen für die Signalverstärkungsund die Zeitbasis (Zeitablenkung) in der Weise versehen ist, dass die verstärkte Ausgangsleistung eines Mikrophons, das so angeordnet ist, dass es nur die von den Zahnrädern abgegebenen Geräusche aufnimmt, mit einer linearen Zeitablenkung als Elektronenstrahlbild wiedergegeben wird, deren Wiederholungsfrequenz mit der Drehzahl des zu prüfenden Zahnrades synchronisiert wird. Diese Synchronisation wird z. B. durch einen Impulsgenerator bewirkt, der mit einer Welle in Verbindung steht, auf der das zu prüfende Zahnrad angebracht ist und mit der es umläuft.
Die Erfindung ist im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorderansicht einer Zahnräderprüfmaschine, die zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet wird,
Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht von abgebrochenen Teilen der mechanischen Vorrichtung der erfindungsgemässen-Zahnräderprüfmaschine,
Fig. 3 ein typisches Beispiel einer Kurve, die eine Kathodenstrahlröhre anzeigt, wenn ein Zahnrad mit einem beschädigten Zahn mittels des erfindungsgemässen Verfahrens geprüft wird,
Fig. 4 eine Kurve, die eine Kathodenstrahfröhre anzeigt, wenn die Erfindung auf das Messen des Gesamtgeräusches zweier miteinander kämmender Zahnräder angewendet wird, und
Fig. 5 ein Schaltschema der elektronischen Einrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens verwendet wird.
Die Zahnräderprüfmaschine 1 (Fig. 1) besteht aus einem Normalzahnrad 2, das auf einer Welle 3 sitzt, die ihrerseits durch einen Elektromotor 4 mittels eines Riemens 5 antreibbar ist. Auf einer Gegenwelle 6 sitzt das zu prüfende Zahnrad 7 in einer Klemmhülse 8 so, dass es mit dem Normalzahnrad 2 in Eingriff steht. Ein angelenkter Deckel 9 ermöglicht den Zugang zu den Zahnrädern. Über der Maschine ist ein Kathodenstrahl-Oszillograph 10 angeordnet. Die Gegenwelle 6 ist mit einer Bremse 11 versehen, die mittels eines von Hand bedienbaren Hebels 12 betätigbar ist.
Ein Mikrophon 13 (Fig. 2) ist so angeordnet, dass es die von den beiden Zahnrädern 2 und 7 erzeugten Geräusche empfängt, und ist mittels einer Leitung 14 mit dem Oszillographen 10 verbunden.
Ein Weicheisenstück 15 ist in den Umfang eines nichtmagnetischen Rings 16 bündig mit diesem endend eingebettet, der koaxial und fest auf der Welle 6 sitzt. Eine Impuls-Aufnehmer-Spule 17, die um einen Dauermagneten gewickelt ist, ist in solcher Lage angeordnet, dass sie periodisch von dem Weicheisenstück 15 bei dessen Vorbeigang erregt wird, und sie ist mittels einer Leitung 18 mit dem Oszillographen 10 verbunden.
Mittels des Weicheisenstücks 15 und der Aufnehmerspule 17 wird die horizontale Ablenkung auf der Zeitachse (Zeitbasis), die auf dem Bildschirm des Oszillographen 10 als Elektronenbild erscheint, mit der Drehzahl des zu prüfenden Zahnrads 7 synchronisiert. Hat dieses Zahnrad einen schadhaften Zahn, so äussert sich dies durch ein schlagartiges Geräusch, das einmal pro Umdrehung des Zahnrades auftritt. Ein derartiges schlagartiges Geräusch verursacht eine plötzliche vertikale Ablenkung der Kathodenstrahlenspur, wie dies durch die Spitze 19 in der Spur 20 in Fig. 3 dargestellt ist.
Zur Ermittlung eines schadhaften Zahnes ist es lediglich notwendig, auf der horizontalen Skala 21 (Fig. 3) die Stelle abzulesen, bei der die Spitze 19 erscheint und direkt die entsprechende Zahl auf der Skala 22 (Fig. 2) abzulesen, die auf der Klemmhülse 8 eingraviert ist, die das zu prüfende Zahnrad 7 trägt.
Eine Messung des gesamten Geräusches, das von den Zahnrädern 2 und 7 hervorgerufen wird, kann dadurch erzielt werden, dass der Schalter 23, der vorzugsweise am Gehäuse des den Bildschirm enthaltenden Sichtgerätes (Oszillograph 10) angeordnet ist, nach oben geschaltet wird. In diesem Falle wird das Gesamtgeräusch, das während jeder Umdrehung der Zahnräder erzeugt wird, als eine relativ ebene horizontale Spur 24 (Fig. 4) angezeigt, deren Lautstärke bzw. Geräuschpegel durch die vertikale Skala 25 angegeben wird. Die gezeichneten fünf Unterteilungen dieser Skala stellen willkürliche Werte für die Lautstärke dar; jedoch kann das Gerät so eingestellt bzw. geeicht werden, dass wenn ein Standardwert festgelegt worden ist, bei dem ein Zahnrad annehmbar und verwendbar ist, diese Unterteilungswerte genau den Lautstärken bzw.
Geräuschpegeln entsprechen, bis zu denen ein jeweiliges Zahnrad verwendbar und zulässig und über denen das Zahnrad zurückzuweisen bzw. Ausschuss ist. Aus dem in Fig. 5 dargestellten Schaltbild ist ersichtlich, dass der elektrische Kreis aus zwei Teilen besteht: dem mit dem Mikrophon 13 verbundenen Verstärker und der Zeitablenkung.
In dem ersten wird der Ausgang des Mikrophons zuerst durch Elektronenröhren V1 und V2A verstärkt Ein Spannungsverdopplungskreis mit Gleichrichtern MR1 und MR2 erzeugt daraus ein gleichgerichtetes Signal, das positiv in bezug auf die Spannung des Verbindungspunktes der Widerstände R 19 und R20 ist, und nach einer teilweisen Integration durch einen Kondensator C7 und einen Widerstand R11 an das Gitter einer Röhre V3A gelangt, die zusammen mit einer Röhre V3B einen Gegentaktverstärker für die Signalplatten SP einer Kathodenstrahlröhre V7 bildet, die in dem Gehäuse eines Oszillographen 10 (Fig. 1) angebracht ist.
Die Anoden der Röhren V3A und V3B sind gleichstrommässig mit den Signalplatten SP verbunden, wobei die Auslenkung in Richtung der Y-Achse durch eine Ver änderung der Gitter-Vorspannung der Röhre V3B mittels eines Potentiometers P2 eingestellt werden kann.
Wenn man die Geräuschstärke der Zahnräder 2 und 7 messen will, wird der Schalter 23 geschlossen, wodurch ein grosser Kondensator C8 an den Ausgang des das Gitter der Röhre V3A speisenden Spannungsverdopplers gelegt wird. Auf diese Weise werden die schnellen, beim Umlaufen der Zahnräder auftretenden Spannungsschwankungen aufgezeichnet, und wie bereits beschrieben, wird die Geräuschstärke durch die Lage der Linie 24 (Fig. 4), die auf der Skala 25 angezeigt wird, gemessen.
Der Eingang des Zeitkreises wird durch die Impuls-Aufnehmerspule 17 gebildet, deren Ausgangsleistung je einen Impuls pro Umdrehung des zu prüfenden Zahnrades 7 beträgt. Nach Verstärkung durch eine Röhre V4, wird der entstandene negative Impuls einer Röhre V2B zugeführt, die normalerweise durch eine positive Gittervorspannung über einen Widerstand R25 voll leitfähig gehalten wird.
Jedesmal, wenn die Röhre V2B durch den negativen Impuls an ihrem Gitter gesperrt wird, entsteht an ihrer Anode ein positiver Impuls grosser Amplitude. Dieser Impuls wird durch einen Kondensator C14 und einen Widerstand R29 differenziert, und die durch die Anstiegsflanke bedingte positive Spitze wird durch einen Gleichrichter MR3 ab geschnitten. Die verbleibende negative Spitze, die mit der Abstiegsflanke des Impulses der Röhre V2B zusammenfällt, sperrt eine Röhre V5 an ihrem Bremsgitter; da diese Röhre als Transitron mit Miller-Rückkopplung von Anode zu Steuergitter und mit überkreuz gekoppelten Schirm- und Bremsgittern geschaltet ist, wird eine lineare Sägezahnkurve an der Anode hervorgerufen, die mit der Umdrehung der Zahnradwelle 6 (Fig. 2) synchron ist.
Für eine genaue Synchronisation muss die selbsttätige Fre quenz des Transistors etwas niedriger als die Umdrehungsfrequenz (Drehzahl) der Welle 6 sein, und dieser Zustand kann durch die Einstellung des Potentiometers P3 erreicht werden (Zeitbasis-Wiederholungsfrequenz).
Von der Anode der Röhre V5 wird ein Teil der erzeugten sägezahnförmigen Spannung durch das Potentiometer P5 (Zeitbasisamplitude) abgegriffen, und dem Gitter einer Röhre V6A zugeführt, welche zusammen mit einer Röhre V6B einen Gegentaktverstärker für die Zeitablenkungsplatten TB der Ka thodenstrahlröhre V7 bildet. In ähnlicher Weise wie die Anoden der Verstärkerröhren V3A und V3B gleichstrommässig mit den Signalplatten SP verbunden sind, sind die Anoden der Röhre V6A und V6B gleichfalls direkt mit den Zeitablenkungsplatten TB der Kathodenstrahlröhre V7 verbunden; dabei kann die Ablenkung in der X-Richtung durch Veränderung der Gittervorspannung der zweiten Röhre V6B eingestellt werden.
Ein Austasten des Kathodenstrahls der Kathodenstrahlröhre V7 wäh- rend des Rücklaufs wird dadurch erzielt, dass die negative Rechtseckkurve des Schirmgitters der Röhre V5 über einen Kondensator C1S an das Steuergitter G der Kathodenstrahlröhre gelegt wird.
Was die Leistungszufuhr betrifft, so arbeiten beide Teile des elektrischen Kreises mit einer Hochspannung von f300 Volt. Dieser Strom wird von einem Transformator T1 mittels Doppelweggleichrichtern MR5 und MR6 erzeugt, mittels einer Drehfeldspule L1 und Kondensatoren C19 und C20 geglättet und durch Dioden V8 und V9 stabilisiert.
Eine Hochspannungsspeisung von etwa 610 Volt für die Kathodenstrahlröhre V7 wird erzeugt, indem ein negative Bezugsniveau von - 430 Volt von dem aus Kondensator C23 und Gleichrichtern MR7 und MR8 bestehenden Spannungsverdoppler und die Anodenhöchstspannung von den Anoden der beiden Gegentaktverstärker V3A, V3B und V6A, V6B abgeleitet werden.
Die vier Anoden dieser Röhren, die die Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre V7 speisen, sind ausserdem mit deren Endanode FA über gleiche Widerstände R37... R40 verbunden. Diese Anordnung liefert nicht nur eine Endanodenhöchstspannung von etwa + 180 Volt, sondern sichert auch eine gute Fokussierung, weil diese Spannung von selbst ein mittlerer Wert bzw. der Mittelwert zwischen den an die vier Ablenkplatten angelegten Spannungen ist.