CH674771A5 - - Google Patents

Description

  
 



  Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Teilungsprüfung von Grosszahnrädern gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Andererseits betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5. 



  Ein solches Prüfverfahren ist vor allem für die Prüfung kleiner und mittlerer Zahnräder bekannt. Dabei ist das zu prüfende Zahnrad mit einem Präzisions-Winkelnormal verbunden. Die Messung beruht auf dem direkten Vergleich der Winkellage der einzelnen Zähne mit dem Winkelnormal. Über die Teileinrichtung des Winkelnormals wird das Zahnrad der jeweiligen Soll-Winkellage entsprechend positioniert. Die Teilungsabweichung ergibt sich aus der Tangentialabweichung eines in die Lücke eingefahrenen und an die zu prüfende Zahnflanke angelegten Messtasters. Als besonders günstig haben sich dabei sogenannte pendelnde Messtaster erwiesen, die bei sich ununterbrochen drehendem Zahnrad automatisch in die Zahnlücken hineingeführt werden und zunächst die linke, danach die rechte Zahnflanke abtasten und sodann wieder herausgeführt werden.

   Dadurch kann während eines Umlaufes des Zahnrades die Stellungsabweichung der Zahnflanken relativ zum Winkelnormal und somit die Teilungsabweichung gemessen und registriert werden. 



  Für die Prüfung von Grosszahnrädern ist dieses Verfahren jedoch zu ungenau, weil der an sich geringe Fehler des Winkelnormals proportional mit dem Zahnraddurchmesser zunimmt. 



  Die Teilungsprüfung von Grosszahnrädern erfolgt deshalb im allgemeinen mit zwei Tastern, die gleichzeitig an  entsprechende Flanken des zu prüfenden Zahnrades herangeführt werden. Zum Stand der Technik sei nur beispielshalber auf die DE-OS 3 212 079 und 3 212 081 hingewiesen. 



  Der vorliegenden Erfindung liegt einerseits die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Teilungsprüfung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass mit nur einem Messtaster auch Grosszahnräder geprüft werden können. Insbesondere soll sich das erfindungsgemässe Verfahren auch bei Geräten, etwa gemäss der DE-OS 3 320 983, realisieren lassen, die bisher nur zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der Zahnschräge geeignet waren. Andererseits liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen. 



  Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss einerseits durch ein Verfahren gelöst, wie es im Patentanspruch 1 definiert ist. Andererseits wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie im Patentanspruch 5 definiert ist. 



  Erfindungsgemäss wird also der Zahnradumfang in zahlreiche aufeinanderfolgende Umfangsbereiche unterteilt, die so gross gewählt werden, dass der Messtaster im Rahmen einer fortlaufenden Messreihe bei stillstehendem Zahnrad diesen Umfangsbereich gerade noch überstreichen kann. Sodann wird der Messtaster in seinen Ausgangsbereich zu Beginn dieser Messreihe, zweckmässig in seine genaue Ausgangsposition, zurückgefahren und gleichermassen wird das Zahnrad beigedreht, damit der nächste, noch nicht vermessene Umfangsbereich in den Arbeitsbereich des Messtasters kommt. Dieses Zurückbewegen des Messtasters und des Zahnrades kann mit dem in der zuletzt gemessenen Zahnlücke verbleibenden Messtaster erfolgen, zweckmässig wird aber vorher der Messtaster herausgefahren und unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Zahnrades in die Ausgangsposition zurückbewegt. 



  Um die nun folgende Messreihe exakt an die vorherige Messreihe anzuschliessen, muss der Messtaster zunächst an eine der bereits gemessenen Flanken, am besten an die zuletzt gemessene Flanke der vorherigen Messreihe, herangeführt werden und ihre neue Position (nach der Verdrehung des Zahnrades) erfassen. Dadurch steht der Rückdrehwinkel des Zahnrades fest und ebenso steht die Zuordnung der nun folgenden neuen Messreihe relativ zur ersten Messreihe fest. 



  Auf diese Weise kann das Zahnrad intermittierend über seinen ganzen Umfang durchgeprüft werden. 



  Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens liegen zum einen darin, dass man kein Winkelmesssystem für die jeweilige Drehstellung des Zahnrades benötigt. Vielmehr muss lediglich die Position des Messtasters ermittelt werden, was durch Linearmesssysteme mit einer Genauigkeit von 0,1  mu m möglich ist. Zum anderen darin, dass man nur einen Messtaster benötigt, was nicht nur den baulichen Aufwand verringert, sondern auch die Messgenauigkeit verbessert. Und nicht zuletzt darin, dass die Messung immer bei stillstehendem Zahnrad erfolgt, wodurch die bisher unvermeidlichen Prelleffekte zwischen Messtaster und sich vorwärts drehendem Zahnrad entfallen. 



  Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemässe Teilungsprüfverfahren durch die Erfassung der Zahndicken und der Zahnlücken zugleich auch die rechnerunterstützte Bestimmung der Verzahnungs-Rundlaufabweichungen gestattet. 



  Besonders vorteilhaft ist es, das beschriebene Teilungsprüfverfahren mit der Prüfung des Flankenprofils und der Zahnschräge zu kombinieren, wie in Anspruch 4 angegeben. Dadurch können all diese verschiedenen Prüfungen mit ein und demselben Prüfgerät und während eines einzigen Umlaufes des Zahnrades durchgeführt werden. 



  Zur Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens kann weitgehend auf an sich bekannte Bauelemente zurückgegriffen werden, insbesondere auf das bisher zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der Zahnschräge verwendete Gerät gemäss der DE-OS 3 320 983. Dieses Gerät ist lediglich noch durch Schaltmittel zu ergänzen, die jeweils nach Durchführung einer Messreihe, also nach Messung einer vorgegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Flanken, wobei der Messtaster schliesslich am Ende seines Arbeitsbereiches angekommen ist, sowohl das Zurückfahren des Messtasters in den zu Beginn der Messreihe eingenommenen Ausgangsbereich, als auch die Rückdrehung des Zahnrades um einen vorgegebenen Drehwinkel auslösen. 



  Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung; dabei zeigt 
 
   Fig. 1 die Schrittfolge des erfindungsgemässen Verfahrens an zwei aufeinanderfolgenden Messreihen, 
   Fig. 2 den Grundaufbau eines entsprechenden Prüfgerätes in teilweise geschnittener Seitenansicht und 
   Fig. 3 das Gerät nach Fig. 2 in teilweise geschnittener Draufsicht. 
 



  Gemäss Fig. 1 wird ein Messtaster 13 zunächst auf den Teilkreisdurchmesser des zu prüfenden, drehbar gelagerten Zahnrades 23 eingestellt und zugleich an die vom Zahnradmittelpunkt aus gesehen linke Flanke des Zahnes Z1 angelegt. Für diese Position des Messtasters 13 können die in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Linearmesssysteme X und Y auf Null gestellt werden. Stattdessen können aber auch die sich ergebenden X- und Y-Werte gemessen und gespeichert werden. Sodann wird der Messtaster 13 in X- und Y-Richtung verfahren, bis er an der gegenüberliegenden Flanke, der rechten Flanke des Zahnes Z2, in Höhe des  Teilkreisdurchmessers anliegt. Deren Position bzw. Abweichung vom Sollmass wird gemessen und gespeichert.

   Danach wird der Messtaster aus der Zahnlücke herausgeführt und in die nächste Zahnlücke zwischen Zahn Z2 und Z3 wieder eingeführt und an die linke Flanke des Zahnes Z2 angelegt. Damit lässt sich die Abweichung der Teilung für die linken Flanken an Zahn Zl und Zahn Z2 messen. 



  Wie vorbeschrieben wird der Taster sodann an die rechte Flanke des Zahnes Z3 herangeführt, worauf die Teilungsabweichungen der rechten Flanken der Zähne Z2 und Z3 gemessen und gespeichert werden. 



  Der beschriebene Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Fahrweg des Messtasters 13 in X-Richtung zu Ende ist. Dann ist eine Messreihe abgeschlossen. Dies kann je nach Modul des zu prüfenden Zahnrades nach etwa drei bis sieben Zähnen der Fall sein. Der Einfachheit halber wurde in Fig. 1 unterstellt, dass der Taster bereits bei der rechten Flanke von Zahn Z3 seinen Verfahrweg ausgeschöpft hat. Er wird dann in seine Startposition zurückgefahren, gleichzeitig aber das Zahnrad 23 so weit beigedreht, dass die zuletzt geprüfte Flanke, also die rechte Flanke des Zahnes Z3, an den Beginn des Verfahrweges des Messtasters 13 in X-Richtung zu liegen kommt. Dieser Zustand ist in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellt. 



  Da die Rückdrehung des zu prüfenden Zahnrades ohne Winkelnormal erfolgt, wird der Messtaster 13 vor Beginn der zweiten Messreihe zunächst dazu benützt, die neue Stellung des Zahnrades nach dem Verdrehen zu messen. Er muss dazu in Anlage mit einer bereits in der vorherigen Messreihe erfassten Flanke, zweckmässig mit der zuletzt erfassten Flanke, also der rechten Flanke des Zahnes Z3 gebracht werden. Dies kann in der Weise erfolgen, dass man bereits den Drehwinkel des Zahnrades grob so bemisst, dass die genannte rechte Flanke des Zahnes Z3 in den Startbereich des Messtasters 13 gedreht wird. Man benötigt dazu aber einen Drehtisch, der eine Verdrehung des  Zahnrades um ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der Teilung gestattet. 



  Überwiegend wird die Prüfung des Zahnrades jedoch mit einem transportablen Prüfgerät durchgeführt, wobei das Zahnrad in der Herstellungsmaschine eingespannt bleibt. Man kann dadurch korrigierend in die Herstellung des Zahnrades eingreifen. Das Zahnrad ist dann gewöhnlich auf einem Drehtisch montiert, der nur um ganzzahlige Vielfache der Teilung verdreht werden kann. Dieser Fall entspricht der Darstellung in der unteren Hälfte von Fig. 1, wo das Zahnrad 23 gerade um eine ganze Teilung zurückgedreht worden ist. Der Messtaster 13 wird dann aus seiner Startposition in die Lücke hinein, aber auch so weit in X-Richtung verfahren, dass er mit der zuletzt gemessenen Flanke in Anlage kommt und deren Position misst. Damit ist die neue Stellung des Zahnrades 23 nach dem Rückdrehen bekannt, und die zweite Messreihe kann beginnen.

   Dabei werden die Flanken der Zähne Z3 und Z4 abgetastet (in der Praxis die Flanken von wesentlich mehr Zähnen) bis der Messtaster 13 wieder am rechten Ende seines Fahrweges angelangt ist. 



  Das beschriebene Verfahren wiederholt sich so lange, bis das Zahnrad einmal umgelaufen ist. 



  Man erhält dann die gewünschten Einzel- und Summenteilungsfehler. Da ausserdem beim erfindungsgemässen Verfahren die Zahndicke und die Zahnlücke auf dem Mess- oder Teilkreis erfasst werden, kann zugleich auch die Verzahnungs-Rundlaufabweichung errechnet und angezeigt werden. 



  Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann auf das in den Fig. 2 und 3 dargestellte, weitgehend bekannte Gerät zurückgegriffen werden. 



  Es handelt sich dabei um ein transportables Gerät, das auf den Werkstücktisch 1 einer Zahnradbearbeitungsmaschine aufgesetzt ist. Sein Gerätegestell 2 kann über drei Stellschrauben 3, 4, 5 nivelliert werden. Auf dem Gerätegestell 2 befindet sich  eine Führungsbahn 6 in X-Richtung, also tangential zu dem zu prüfenden, nicht näher dargestellten Zahnrad, und in dieser Führungsbahn 6 ist über Kugelrollführungen ein erster Schlitten 7 verschiebbar. Die Verschiebebewegung bzw. die Verschiebeposition dieses ersten Schlittens 7 gegenüber dem Gerätegestell 2 ist über einen inkrementalen Längsweggeber 8 erfassbar und mit einem nicht dargestellten Rechner aufnehmbar bzw. von diesem verarbeitbar. 



  Auf dem Schlitten 7 ist über eine weitere Kugelrollführung ein zweiter Schlitten 9 in Y-Richtung, also in Richtung auf das Zahnrad bzw. von diesem fortverschiebbar gelagert. Dieser zweite Schlitten trägt wiederum über eine Kugelrollführung einen dritten Schlitten 10, der gegenüber dem zweiten Schlitten 9 durch die Kraft einer Feder 11 in Richtung auf das zu prüfende Zahnrad gehalten wird und an seiner zahnradzugewandten Seite einen Orientierungsfühler 12 bzw. einen Messtaster 13 trägt. 



  Der erste Schlitten 7 ist durch einen Stellmotor 14 und der zweite Schlitten 9 durch einen Stellmotor 15 bewegbar und einstellbar. Zwischen den Schlitten 7 und 10 befindet sich ein inkrementaler Längsweggeber 16 zur Erfassung der Position in Y-Richtung. 



  Zum Nivellieren des Messgerätes, derart dass seine X-Achse und Y-Achse senkrecht zur Achse des zu prüfenden Zahnrades stehen, weist das Gerät zwei Referenzflächen 20 und 21 auf. Des weiteren ist das Messgerät mit Bolzen 18 und 19 ausgerüstet, die senkrecht zur X- und Y-Achse stehen, um eine mittige tangentiale Einstellung des Messgerätes gegenüber dem zu prüfenden Zahnrad herbeizuführen. Das Nivellieren und Ausrichten erfolgt jeweils durch eine, beispielsweise magnetisch am Zahnrad festgelegte Messuhr 17. Sodann wird in an sich bekannter Weise der Abstand zwischen Messgerät und Zahnrad ermittelt. 



  Es liegt aber selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die Nivellierung und Ausrichtung anders durchzuführen oder hierauf ganz zu verzichten und stattdessen die Zuordnung zwischen Gerät und Zahnrad rechnerisch zu ermitteln. 



  Wesentlich ist nun, dass die Steuerung für die Bewegungen der Schlitten in X- und Y-Richtung über Schaltmittel 24 in Verbindung steht mit einem Drehantrieb 22 des zu prüfenden Zahnrades in der Weise, dass immer dann, wenn der Messtaster 13 seinen Fahrweg in X-Richtung ausgenützt hat, der erste Schlitten 7 in die Startposition zurückgefahren wird und gleichzeitig der Drehantrieb 22 das Zahnrad 23 in der bereits zuvor beschriebenen Weise zurückdreht, worauf automatisch die Ermittlung der neuen Drehstellung des Zahnrades 23 anhand der zuletzt gemessenen Flanke erfolgt und sodann die nächste Messreihe beginnt. 



  Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die Fahrbewegung des Messtasters nicht durch X- und Y-Schlitten durchzuführen, sondern stattdessen einen schwenkbaren, teleskopartig ausziehbaren Taster mit einem Winkel- und Längenmesssystem zu verwenden. 



  Bei den meisten Zahnrädern handelt es sich um schräg verzahnte Räder. Um bei diesen Rädern neben der Prüfung der Teilung und des Flankenprofils auch gleich die Zahnschräge zu prüfen, weist das beschriebene Prüfgerät üblicherweise einen weiteren Schlitten auf, der in Z-Richtung verfahrbar ist. Da es sich hierbei um allgemein bekannte Gegebenheiten handelt, ist dieser Schlitten in der Zeichnung nicht näher dargestellt. 



  Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, das beschriebene Messverfahren bei innenverzahnten Rädern zu verwenden. Die dazu notwendigen Änderungen am Prüfgerät sind an sich bekannt und werden deshalb hier nicht weiter beschrieben 

Claims (5)

1. Verfahren zur Teilungsprüfung von Grosszahnrädern, durch ein Prüfgerät mit nur einem Messtaster (13), der in die Lücken des zu prüfenden Zahnrades (23) hineingefahren und auf dem Messkreis in Anlage mit den Zahnflanken gebracht wird, wobei der Messtaster (13) die Position der einen Flanke, dann die Position der gegenüberliegenden Flanke einer Zahnlücke erfasst, daraufhin aus dieser Lücke heraus und in die nächste Lücke hineinfährt, worauf sich der Vorgang wiederholt, bis das sich drehende Zahnrad (23) über seinen ganzen Umfang durchgeprüft ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Flankenposition bei stillstehendem Zahnrad (23) erfolgt, dass nach Erfassung mehrerer, aufeinanderfolgender Flanken, der Messtaster (13) in seinen zu Beginn dieser Messreihe eingenommenen Ausgangsbereich zurückgefahren und das Zahnrad (23) soweit beigedreht wird, dass der Messtaster (13)

zu Beginn seiner neuen Messreihe mit einer der zuletzt gemessenen Flanken in Anlage kommt, um unter Berücksichtigung derer Position die neue Drehstellung des Zahnrades (23) zu erfassen, und dass sodann die neue Messreihe beginnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (23) am Ende einer Messreihe jeweils so weit beigedreht wird, dass der Messtaster (13) zu Beginn seiner neuen Messreihe mit der zuletzt gemessenen Flanke in Anlage kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsprüfung mit einer Zahndicken- und Zahnlückenprüfung zur rechnerunterstützten Bestimmung der Verzahnungs-Rundlaufabweichungen kombiniert wird.

4.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsprüfung mit der Prüfung des Flankenprofils und gegebenenfalls der Zahnschräge kombiniert wird, derart, dass an einigen über den Umfang verteilten Zähnen (Z1, Z2, Z3) der Messtaster (13) nicht nur die Position der Flanke im Messkreis erfasst, sondern auch die Profilform und die Zahnschräge dieser Flanke.

5.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mittels eines Prüfgerätes mit einem Messtaster (13), der in einer Ebene senkrecht zur Achse des drehbar gelagerten, zu prüfenden Zahnrades (23) verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgerät Schaltmittel (24) aufweist, die jeweils nach Durchführung einer Messreihe das Zurückfahren des Messtasters (13) in den zu Beginn der Messreihe eingenommenen Ausgangsbereich einerseits und einen Drehantrieb (22) des Zahnrades (23) zu dessen Beidrehung um einen vorgegebenen Drehwinkel andererseits auslösen.