Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen des Sammelfehlers aus Zahnrichtungs-, Zahnform-, Zahnflankenwelligkeits-, Zahnflankenoberflächengüte
Achsteilungs-und Einriffsteilungsprüfung an gerad-und schrägverzahnten
Evolventenzahnrädern
Die Erfindung bezieht sich-auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen des Sammel- fehlers aus Zahnrichtungs-, Zahnform-, Zahnflankenwelligkeits-, Zahnflankenoberflächengüte-, Achs- teilungs-und Eingriffsteilungsprüfung an gerad- und sohrägverzahnten Evolventenzahnrädsm, insbeson- dere Zahnrädern gro#en Durchmessers. Im Grenz- fall des geradverzahnten Rades ist der Schrägwinkel Null,
weshalb die Nachprüfung der Zahnform und Aohsteilung entfällt.
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Prüfen des Zahnprofils und der Zahnrichtung bekannt, die mit festen Grundkreisscheiben und einem Wälzlineal arbeiten. Hierbei wird das Wälzlineal gegen die mit dem Zahnrad zusammen aufgespannte Grundkreisscheibe während der Prüfung angepresst. Bei einwandfreier Abwälzung beschriebt ein spitzenförmig ausgebildeter Messtaster die genaue Evolvente. Die Ausschläge des am Zahnprofil ent- langgleitenden Tasters werden in Form eines Dia gramms aufgezeichnet und erlauben eine Ausdeu- tung des Zahnprofil-Zustandes und der Zahnrichtung.
Nachteilig wirkt sich bei idiesen Vorrichtungen aus, dass praktisch zu jedem Zahnrad eine besonders Grundkreisscheibe gehört, da# also ein entsprechen- des Sortiment solcher Grundkreissoheiben zur Prü- fung von Zahnrädern bereitgehalten und bei der Prüfung ausgetauscht werden muss. Bei grossen Durchmessern macht schon ; die genaue Herstellung dieser Grundkroisscheiben ganz erhebliche Schwie- rigkeiten.
Weiter sind Vorrichtungen bekannt, die mit einer oder einer geringen Anzahl von Wälzscheiben und einem Wälzlineal die Prüfung ermöglichen. Bei diesen Vorrichtungen wind bei sich änderndem Grunid- kreisdurchmesser des Prüflings über eine Hebelübersetzung die Messtasterbswegung dem Verhältnis von Wälzscheibendurchmesser zu Grundkreisdurchmesser des Prüflings angepasst und dann die Prüfung durchgeführt.
Diese bekannte Vorrichtung ist einer seits durch den hohen Herstellungsaufwand sehr teuer und anderseits durch die komplizierte Hsbel- übsrsetzung störanfällig, so da# als solche nicht er- kennbare Messfehler auftreten können. Darüber hinaus sind diese Vorrichtungen nur zum. Prüfen von Zahnrädern einsetzbar, die kein gro#es Eigengewicht aufweisen, wsil bei dieser Art d, er Prüfung idie Schlupffreiheit zwischen Wälzscheibe und Wälzlineal sichergestellt sein mu#.
Schon auf Grund des Gewichtes der Prüflinge, bzw. der mit steigendem Ge- wicht wachsenden Me#ungenauigkeit, verbietet sich also ein Priifen von gro#en Zahnrädern. Weiterhin kann diese Prüfmethode nur auf besonderen Messmaschinen durchgeführt wenden. Zur Prüfung muss also das Zahnrad von der BearbeitungsmaschNie ab- genommen und in die Me#maschine eingelegt wer- den. Bei grossen und entsprechend schweren Zahnrädern führt diese Methode selbstverständlich zu Schwierigkeiten.
Weitere bekannte Vorrichtungen bedienen sich zur Prüfung der Zahnrichtung an Zahnrädern eines Me#keiles mit einer Breite von etwa 50 mm, der an die zu prüfende Zahnflanke angelegt wird. Da die Zahnflanke jedoch verhältnismässig unebsn ist, legt sich der Messkeil in irgendeine beliebige, durch die Oberflächenbeschaffenheit der Zahnflanke bedingte Richtung an, die nur in den seltensten Fällen mit der tatsächlichen Zahnrichtung übereinstimmt.
Neben diesem nicht reproduzierbaren Messergebnis gibt diese Vorrichtung ausserdem keinerlei Aufschluss über die Beschaffenheit der Zahnflanke, wie beispielsweise Zahnform, Zahnflankenwelligkeit, Zahnflankenoberflächengüte.
Nach ! der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, da# ein zahnstangenartig ausgebildeter und quer beweglicher Me#taster in die Normalschnitt- ebene zu den Flankenlinien geschwenkt und längs der über die Zahnflanke verlaufenden geradien Er zaugungslinien des stillstehenden Zahnrades bewegt wird, und dass seine in der Normalschnittebene und tangential zum Wälzkreis verlaufende Ausweichbe wegung elektrisch gemessen und angezeigt wird.
Dabei kann auf Grundkreisscheiben und Wälzlineale, bzw. auf Wälzscheiben und dazugehörende Wälzlineale, verzichtet werden. Es kann auch weiterhin davon abgesehen werden, den Prüfling in eine entsprechende Me#maschine einzulegen.
Die Abtastung längs der Erzeugungslinien der Zahnflanken erfolgt also längs der Linien, in denen sich Rad und Gegenrad in Eingriff berühren. Da diese Erzeugungslinien bei scbrägverzahnten Rädern bekanntlich vom Zahnfuss zum Zahnkopf, bzw. umgekehrt, verlaufen, kann die Erzeugungslinie bei gro ssem Schrägungswinkel.
und kleinem Modul über mehrere Zahnteilungen versetzt Hagen. Um idiese Erzeugungslinie weiter verfolgen zu können, wird das erfindungsgemässe Verfahren zweckmässiigerweise dadurch erweitert, dass der Messtaster nach Erreichen des Kopf-oder Fusskreisas auf der von ihm abgetasteten Erzeugungslinie senkrecht zu seiner Ausweichbewegung vom Zahnrad weg verschoben wird, bis er ausser Eingriff mit der Zahnflanke kommt, danach um mindestens eine Teilung tan- gential oder vertikal zum Zahnrad wersetzt wird und dann an die folgende Zahnflanke angelegt wird.
Das Eingriffsfeld von Rad und Gegenrad oder von Rad und Zahnstange liegt bei schräg verzahn- ten Rädern genau übereinander. Die Erzemgungs- linie muss daher um eine Zahntsilung tangential oder axial verschoben auf der folgenden Zahnflanke wieder erscheinen, wenn ein einwamdfreies Tragbild auf allen in Eingriff stehenden Zahnflanken erreicht werden soll. Zur Überprüfung der Erzeugungslinien im Eingriffsfelld, bzw. zur Überprüfung der Zahn teilung, Eingriffsteilung bzw. Achsteilung, kann somit die theoretisch vorausberechnete Teilung, und zwar die Kraisteilung bzw.
Eingriffsteilung oder die Achsteilung, an der Messeinrichtung eingestellt und die Prüfung, an der folgenden Zahnflanke fortg, esletzt werden. Es kann, insbesondere zur Untersuchung der Zahnflankenoberfläcbengüte, vorteilhaft sein, die Erzeuguagslinie der Zahnfläche punktförmig abzu- tasten, wobei zweckmässig ider in der Form des Bezugsprofils (Zahnstange) ausgebildete Me#taster längs seiner Flanke messerartig angeschärft ist.
Der Messtaster kann bei einer solchen Ausbildung die Erzeugungslinie punktförmig berühren, wobei der Berührungspunkt während des Me#vorganges längs der Erzeugungslinie auf der Zahnflanke und längs der angeschärften Flanke des Messtasters wandert.
Um den Messtaster in die vorgegebene Zahn schräge, d. h. in die Ebene des Normalschnittes durch die Flankenlinien schwenken, um ihn ferner den Erzeugungslinien. entlang fuhren, und auch um seine Längsbewegungen bei der Prüfung der Ein- griffsteilung und Achsteilung durchführen Z kaon- nen, ist bei. der Einrichtung nach der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens der Messtaster federnd in einem Messsohlitten untergebracht, dessen Füh- rung in einem um eine horizontale Achse drehbaren Drehtisch angeordnet ist, der in einem Gestell angebracht ist.
Der Messschlitten kann bei dieser Ein- richtung vorteilhafterweise mittels einer von Hand oder durch einen Elektromotor antreibbaren Ge wiadespindel in seiner Führung verschoben werden.
Um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, und um Messfehler möglichst klein zu halten, hat es sich als zweckmä#ig erwiesen, da# der den Messtaster tragende Drehtisch in horizontaler und vertikaler Richtung verschiebbar und um eine parallel zur Drehachse des Zahnrades verlaufende Achss schwenkbar ist, und dass für sämtliche Drehbewegungen und Verschiebebewegungen des den Messtaster tragenden Drehtisches s Führungen vorgesehen sind, und da# zumindest der Drehwinkel dss Drehtisches um seine horizontale Achse und die Verschiebungen des Drehtisches in horizontaler und vertikaler Richtung mit hoher Genauigkeit messbar sind.
Besonders vorteilhaft sind zur Messung des Drehwinkels und der Verschiebungen des Drehtisches Endma#e und mit diesen zusammenarbeitende, im Gestell angeordnete Fainmessuhnen vorgesehen, durch die der auf die Endmasse und ihre Widerlager ausgeübte Messdruck bestimmbar ist.
Selbstverständlich kann n die Me#tasterstellung auch mittels optischer Einrichtungen oder ähnlicher bekannter Vormchtungen kontrollierbar sein, jadoch unter Verzicht auf die durch Endmasse und Mess- uhren erreichbare hohe Genauigkeit.
Dans erfindungsgemä#e Verfahren ist anschlie- ssend an einem Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Durchfiihrung des Verfahrens anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 eine schaubildliche Gesamtdarstellung der Einrichtungnach.derErfindung,
Fig. 2 einen einzelnen Zahn. eines schrägver- zahnten Evolventenzahnrades mit Erzsugungslinien uns d Messtaster,
Fig. 3 in der gleichen Darstellung wie in Fig. 2 einen, einzelnen Zahn mit it verschiedenen Erzuegungslinien,
Fig. 4'einen Ausschnitt aus dem Bezugsprofil der Planverzahnung (Zahnstange) und
Fig. 5 die schaubildliche Darstellung des Mess- tasters mit abgeschrägten vorderen Kanten.
Auf einem Grundgestell 1 ist der Drehtisohträger 2 horizontal und vertikal verschiebbar angeond net. Zum Verschieben des Drehtischträgers in horizontaler Richtung dient eine Gewindespindel 5 mit einem Handrad 6. An das Grundgestell angebaut ist ein Messuhrenträger 3, der eine Messuhr und ein EndmaB 4 zur Festlegung der horizontalen Verschiebung des Drehtisches trägt. In gleicher, auf der Zeichimng nicht dargestellter Waise ist der Dreh- tischträger vertikal venschiebbar und ein in ihm un tergebrachter Drehtisch 19 um eine Achse 19a Schwenkbar, die parallel zur Drehachse des Zahnrads 20 verläuft. Mit Endma# und Me#uhr sind die Grössen dieser Bewegungen ebenfalls genau feststellbar.
Der Dnehtisch 19 ist mittels eines Handrads 10 über eine Schnecke 9 und ein Schneckenrad 11 drehbar. Der Verdrehungswinkel ss wird auch hier mittels eines Endma#es 7 und eines federnden Zwischenstücks 8 an einer Messuhr abgelesen. Der Meus- taster 12 ist in einem Messschlitten 15 untergebracht, der in Führungsbahnen 13, 14 durch eine Gewinde spin, tell 17 verschoben werden kann. Die Gcwinds- spindel 17 wird durch einen Elektromotor 18 gedreht.
Die Prüfung eine6 Zahnrades wird durch die bsschriebene Einrichtung nach dem Verfahren ge mäss der Erfindung auf folgende Weise vorgenommen :
Ein entsprechend dem Eingmffswinkel, z. B. 20 oder 15 abgeschrägter Me#taster 12 oder aber ein Me#taster mit einer Me#schneide, deren Eingriffs- winkel = 0 ist, wird federnd in den Messschlitten 15 eingeführt.
Die vorgegebene theoretisch richtige Zahnschräge wird durch Verdrehung des Drehtisches um seine horizontale Achse mittels Endmass 7 und Messuhr oder mittels eines Teilkreisgerätes oder dergleichen eingestellt. Das stillstehende Zahmrad wird nunmehr von dem Messtaster durch horizontale Verschiebung des Drehtisches so. angefahren, dass der Messtaster eine markante Stelle der Zahnflanke berührt. Beispielsweise kann die Prüfung bei der Schnittstelle des Fusskreises der zu prüfen, den Zahn- flanke des Zahnrades beginnen.
Sämtliche interessierenden Merkmale werden nun beim Verschieben des Messschlittens 15 entlang'der geraden Erze. u- gungslinie, gegebenenfalls nach Verschiebung des Messtasters 12 um eine oder mehrere Teilungen, Kreisteilungen, Eingriffsteilungen oder Achsteilun- gen, durch die tangential zum Wälzkreis eintretende Ausweichbewegung des Messtasters abgefühlt und vorzugsweise elektrisch gemessen bzw. angezeigt.
Hierbei machen sich Fehler in der Zahnrichtung, in der Zahnform sowie in der Eingriffsteilung und Achsteilung bemerkbar, und es ist weiterhin die Welligkeit der Zahnflanken und deren Oberflächen- güte festzustellen. Bei einer Aufzeichnung des Me#- ergebnisses müsste sich theoretisch bei einer Führung des Me#tasters entlang einer Erzeugungslinie eine Gerade ergeben. Durch die Welligkeit bzw. die Rauhheit der Zahnilankenoberfläche bedingt, wird tdie Aufzeichnung um diese theoretische Gerade herum schwanken. Ein Zahnrichtungsfehler (Schrägungs- fehler) wird sich dadurch bemerkbar machen, dass die Aufzeichnung mit der theoretischen Geraden amen Winkel bildet.
Bei Teilungsfehlern ist der Beginn der neuen Aufzeichnungslinie seitlich gegen- über der vorhergehenden versetzt. Fehler m der Zahnform werden sich ebenfalls dadurch bemerkbar machen, dass die Aufzeichnung von der theoretischen Geraden normalerweise in einer leichten Kurvenform abweicht.
Da die beschriebene Prüfeinrichtung verhältnis- mässig leicht und klein gebaut werden kann,'eignet sie sich besonders zum Anbau an Zahnradbeanbei- tungsmaschinen, es kann alzso mit der Prüfeinnich- tung das zu fertigende Zahnrad bereits bei der Be 'arbeitung geprüft werden. Weiter kann das Gerät durch die wenigen zur Verwendung kommenden beweglichen Bauteile sehr betriebssicher gemacht und durch die Verwendung von Endmassen sehr einfach bedient werden.
Au#erdem kann das Gerät universell bei kleinen, mittleren und grossen Zahnrädern eingesetzt werden, ohne dass umfangreiche Umbauarbeiten vorgenommen werden müssten.
FAne Anpassung an den Prüfling beschränkt sich auf einen Austausch des Me#tasters, der dem je- weiligen Eingriffswinkel angepa#t werden mu#. Man kann aber auch für alle Zahnräder den gleichen Messtaster verwenden, wenn man ihm den Einigriffs- winkel 0 gibt und die Messeinrichtung seitwärts um ein aus den Fertigungsdaten das Zahnrades errechen- bares Mass verschiebt.
Durch diese geschilderten Massnahmen werden die Messzeiben und damit der Kostenaufwand zur Prüfung der Zahnräder ganz wesentlich herabgesetzt bei gleichzeitiger Erhöhung der Messgenauigkeit.
Zur Vornahme einer Prüfung wird die theore- tisch richtigen Schräge aus den Fertigungsdaten des Prüflings entnommen und mittels des Handrades 10 eingestellt und durch das Endma# 7 in Verbindung mit dem Zwischenstück 8 und der betreffenden Messuhr kontrolliert. Nach Vornahme dieser Einstellung wird der Drehtisch horizontal Idurch Drehen des Handrades 6 so lange verschoben, gegebe- nenfalls auch vertikal verschoben und gedreht, bis der Messtaster 12 an der zu prüfenden Zahnflanke des vor der Einrichtung befestigten Zahnrades 20 anliegt.
Die horizontale Verschiebung der Messein- richtung wird kontrolliert durch das Endmass 4, das mit der betreffenden, auf dem Messuhrenträger 3 angebnachten Messuhr zusammenarbeitet. Selbstverständlich kann auf die gleiche Weise auch die Zahnschräge und die Zahnteilung sowie die Zahnform unbekannter Zahnräder dadurch bestimmt werden, dass der Messvorgang in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen wird, also die Zahnradschräge zum Ausgangspunkt der Messung genommen wird, woran sich, die Feststellung der Zahnteilung anschliesst.
Zur Feststellung der Zahnteilung und auch, um, eine bestimmte Erzeugungslinie über mehrere Zahnteilun gen verfolgen zu. können, ist der Messtaster 12 mit tels leines Stellrades 16 so weit in ! den Messschlitten verschiebbar, dal3 der gesamte Drehtisch horizontal, ohne Berührung des Messtas'ters 12 mit dem Zahnrad 20, bis zur nächsten Zahnflanke verschoben werden kann. Nach Erreichen. dieser Zahnflanke wird der Messtaster 12 wieder durch das Stellrad 16 in n seine Prüstellung gebracht. Die quer zu. seiner Verschieberichtung verlaufenden Abweichungen von der theoretischen Geraden überträgt der Mess- taster durch seine Ausweichbewegung auf vorzugs- weise elektrischem Wege auf entsprechende Anzeigevorrichtungen.
Zur Veideuttichung des Messvorganges zeigt Fig. 2 schematisch zwei Stellungen dos Me#taters 12 entlangeinergestricheltgezeichnetenErzeugungs- linie 21. Eine Schar solcher Erzeugungslinien 21 ist in Fig. 3 auf der Flanke eines Zahnes eingezeichnet, woraus ohne weiteres erkennbar ist, dass'die gesamte Zahnflanke durch horizontale Verschiebung des Messtasters 12 und Abtastung entlang solcher Erzeugungslinien 21 auf Verzahnungsfehler mittels der er findungsgemässen Einrichtung gemäss dem Verfah- ren nach der Erfindung erprüft werden kann und so eventuelle Fehler mit Sicherheit aufgefunden werden.
Fig. 4 zeigt ausschnittsweise das Bezugsprofil der Planverzahnung (Zahnstange 22), worin der Messtaster 12 stark umrandet eingezeichnet ist.
Fig. 5 schliesslich zeigt den gleichen Messtaster 12, jedoch mit messerartig. angeschärfter Flanke.
In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, den Messschlitten nicht horizontal zu verschieben, um zur Fortsetzung der Erzeugungslinie 21 auf der Flanke des N'achbarzahnes zu gelangen, sondern den Messtaster 12 in seiner schrägliegenden Führung zu rückzufahren und dann bei zurückgezogenem Mess taster den ganzen Me#schlitten parallel zur Dreh- achse des Zahnrades 20 um eine Achsteilung zu verschieben, die aus den Fertigungsdaten des Prüf lings leicht ermittelt weiden kann. Auch. auf diese Weise erreicht man die Fortsetzung der Erzeugungs- linie 21 auf der Flanke des Nachbarzahnes.
Man kann die Prüfung, des Zahnrades 20 während der Bearbeitung auf der Zahnflankenschleif- maschine durchführen, wenn man einen Messtaster 12 mit dem EingriEsMinkel 0 verwendet und zdie Prüfun an einem Zahn durchführt, der zu dem gerade bearbeiteten Zahn versetzt liegt und bereits bearbeitet ist.