CH677700A5

CH677700A5 -

Info

Publication number: CH677700A5
Application number: CH1523/87A
Authority: CH
Inventors: Hans-Ulrich Bertz; Thomas Dipl-Ing Karg; Willy Prof Dr-Ing Hoefler
Original assignee: Hoefler Willy
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1987-04-21
Publication date: 1991-06-14
Also published as: JPH0515964B2; US4769917A; GB2190499A; DE3616177C2; DE3616177A1; DD260755A5; GB8711165D0; JPS62289712A; GB2190499B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Orientierung eines Prüfgerätes zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der Zahnflankenprofillinien (Zahnschräge) von Zahnrädern gegenüber deren Drehachse mittels eines Fühlers gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und andererseits ein Bauteil zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 zur Bestimmung der Lage des Drehmittelpunktes eines Zahnrades gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3»

Dieses Verfahren ist durch die DE-PS 3 320 983 bekannt und dort im Zusammenhang mit Fig. 10 im einzelnen ausführlich erläutert. Danach wird als Ersatz für die bis dahin notwendige Mlttelpunktorieniie-rung mit Hilfe eines im Drehmittelpunkt des Zahnrades angebrachten Eichnormals oder mit Hilfe eines Fluchtgerätes ein Orientierungsfühler, dessen Kopf eine dem Modul des jeweils zu prüfenden Zahnrades angepasste, hochgenau hergestellte Kugel ist, die Mittelpunktsorientierung des Prüfgerätes dadurch vorgenommen, dass der Orientierungsfühler nacheinander in zwei benachbarte Zahnlücken eingefahren wird und aus den dabei in X- und Y-Richtung gemessenen Werten in Verbindung mit dem Schwenkwinkel zwischen den beiden angesteuerten Zahnlücken die Koordinaten mittels eines mit dem Prüfgerät verbundenen Rechners für den Punkt auf der Radachse, der in der entsprechenden Messebene liegt, ermittelt werden.

Nachteilig ist bei der bekannten Verfahrensweise, dass für die Orientierung des Prüfgerätes unterschiedliche Zahnlücken verwendet werden, die aus der Zahnradherstellung in ebenso unterschiedlicher Weise mehr oder weniger fehlerbehaftet sind, so dass diese in ihrer Grösse unbekannten Zahnlückenfehler in den Orientierungsvorgang eingehen und in entsprechend unvorhersehbarer Welse zu einer fehlerbehafteten Lage der Radachsen führen, obwohl ein exakter Schwenkwinkel Verwendung findet, der ein ganzzahliges Vielfaches des Teilungswinkels des Zahnrades ist und durch die Geometrie des zu prüfenden Zahnrades bekannt ist.

Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, dass für den Orientierungsvorgang Orientierungsfühler mit Fühlerköpfen verwendet werden müssen, die dem Modul des zu prüfenden Zahnrades so angepasst sind, dass der Fühlerkopf beim Einfahren in die jeweilige Zahnlücke im Bereich des Teilkreises in Anlage an die der Zahnlücke benachbarten Flanken gerät. Diese Orientierungsfühler sind in der Herstellung teuer und müssen in entsprechend grosser Stückzahl zur Verfügung gehalten werden. Sie haben jedoch auch für Zahnräder mit grossen Moduln ein erhebliches Gewicht, auf das insbesondere die beweglichen Teile des Prüfgerätes und deren Führungen ausgelegt werden müssen, was insgesamt zu einer erheblichen Vergrösserung und Verteuerung des Prüfgerätes führt. Trotzdem beeinflussen gerade die Orientierungsfühler für grosse Moduln wegen ihres Gewichtes die Genauigkeit der Prüfergebnisse, da sie für den Prüfvorgang durch einen Messfühler zu ersetzen sind, dessen Gewicht vergleichsweise unbeachtlich sein kann.

Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, dass der Prüfgeräteständer mit seiner etwa 1,5 m langen, die Z-Richtung bzw. die Z-Achse darstellenden Führungsbahn sich nur äusserst schwer genau parallel zur Achse des zu prüfenden Zahnrades ausrichten lässt. Eine Abweichung von dieser Parallelität bedingt eine fehlerbehaftete Bewegung des Messfühlers entlang des Zahnflankenprofils und der Flankenlinien. Dadurch ergibt sich eine Verfälschung des Ergebnisses der Zahnradprüfung, die bei der heute in der Verzahnungstechnik erreichten Genauigkeit in der Grössenordnung der Messgenauigkeit der Prüfgeräte Hegt und daher nicht unbeachtet bleiben kann.

Alle vorstehend geschilderten Probleme treten Insbesondere in Verbindung mit transportablen Prüfgeräten auf, die einerseits leicht und klein und damit gut transportierbar sein sollen, andererseits in ihrer Genauigkeit der ortsfesten Messmaschine nicht nachstehen sollen, deren Notwendigkeit man jedoch gerne vermeidet, um das zu prüfende Zahnrad nicht beispielsweise bei der Herstellung gegebenenfalls mehrfach umspannen zu müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einerseits ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass Zahnlückenabweichungen auf die Genauigkeit des Orientierungsvorganges des Prüfgerätes bezüglich der Drehachse des zu prüfenden Zahnrades keinen Einfluss mehr ausüben können. Dabei soll gleichzeitig das Verfahren so ausgestaltet werden, dass eine zunächst notwendige Verwendung von Orientierungsfühlern vor deren Ersatz durch Messfühler überflüssig wird. Schliesslich soll unter weiterer Beschreitung des selben Weges auch eine Möglichkeit angegeben werden, mit Hilfe derer sich Abweichungen in der Parallelität zwischen Drehachse des zu prüfenden Zahnrades einerseits und Führungsbahn des Prüfgerätes in Z-Richtung andererseits leicht und genau feststellen sowie für die Bewegung des Messfühlers und/oder die von diesem gemessenen Werte berücksichtigen lassen. Dabei soll sich insgesamt nicht nur eine Steigerung der Prüfgenauigkeit, sondern auch eine Vereinfachung und Verbilligung der Prüfarbeit sowie der dazu erforderlichen Gerätschaften ergeben. Andererseits soll ein Bauteil angegeben werden, mittels welchem der Drehmittelpunkt des Zahnrades bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss einerseits ausgehend von den eingangs genannten Verfahren gemäss dem Patentanspruch 1 gelöst. Andererseits durch ein Bauteil gemäss dem Patentanspruch 3.

Während im bekannten Falle die Orientierungs- und Prüfarbeiten grundsätzlich an einem stillstehenden Zahnrad durchgeführt werden, wird nunmehr also das Zahnrad um einen bestimmten Winkel gedreht, um den Fühler in beiden Positionen mit derselben Lücke in Berührung zu bringen. Dies hat zur Folge,

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dass ein etwa vorhandener Lückenfehler bzw. ein Fehler in der Positionierung der aufgesetzten Orientierungslücke in beiden für den Orientierungsvorgang zuhilfe genommenen Positionen gleichermassen auftritt und dadurch bezüglich der Genauigkeit des Orientierungsvorganges eliminiert ist bzw. keine Rolle mehr spielt.

Dadurch, dass nach der Erfindung nunmehr als Fühler der Messfühier des Prüfgerätes und als Lücke eine lösbar auf das zu prüfende Zahnrad aufgesetzte, dem Kopf des Messfühlers entsprechende Orientierungslücke verwendet wird, können nunmehr ausserdem die bisher in grosser Zahl erforderlichen und kostspieligen sowie insbesondere wegen ihres teilweise erheblichen Gewichtes ungünstigen Orientierungsfühler erübrigt werden und es entfällt der anschliessende Ersatz der Orientierungsfühler durch die dann für die weiteren Messarbeiten zu verwendenden Messfühler. Dadurch lässt sich das Prüfgerät kleiner und leichter bauen. Es entfallen die mit den Orientierungsfühlern verbundenen Kosten. Es entfällt ferner die für den Wechsel zwischen Orientierungsfühler und Messfühler erforderliche Arbeit einschliesslich der damit hinsichtlich der Genauigkeit verbundenen Unwägbarkeiten. Schliesslich entfällt aber auch der Einfluss eines Herstellungsfehlers zwischen Orientierungsfühler und Messfühler. Dies alles vermöge eines einfachen und wegen der für alle anfallenden Arbeiten einheitlichen Form des Messfühlers nur einmal erforderlichen Bauteiles in Form der Orientierungslücke, die sich auf jedes Zahnrad ohne besondere Umstände beispielsweise durch magnetische Klemmung aufsetzen lässt, wobei hinsichtlich der Positionierung dieser Orientierungslücke keine besonderen Anforderungen bestehen, denn ein «Fehler» tritt, wie bereits vorstehend angedeutet, bei beiden durch den Messfühler angefahrenen Positionen gleichermassen auf und wird infolge dessen eliminiert.

Dadurch ist die Orientierung des Prüfgerätes auf einen einfachen, schnell durchzuführenden Arbeitsgang reduziert, der verglichen mit dem Bekannten in seiner Genauigkeit eine wesentliche Steigerung erfahren hat.

Im Zusammenhang mit dem Orientierungsvorgang ist es zweckmässig, dass die Einstellung des Schwenkwinkels, um den das Zahnrad bei der Drehung der für den Orientierungsvorgang zuhilfe genommenen Lücke von der ersten Position in die zweite Position gedreht wird, durch die Teileinrichtung der Verzahnmaschine bzw. der Zahnradprüfmaschine erfolgt. Diese ohnehin vorhandene Teileinrichtung ist bei modernen Maschinen äusserst genau hergestellt und beinhaltet folglich keinen ins Gewicht fallenden Fehler.

Anstelle durch die Teileinrichtung kann die Einstellung des Schwenkwinkels aber auch durch eine mit dem zu prüfenden Zahnrad drehverbundene Winkelvorrichtung, beispielsweise einen inkrementalen Drehgeber, erfolgen. Solche Vorrichtungen ermöglichen ebenfalls eine äusserst genaue Bestimmung des Schwenkwinkels. Selbstverständlich können auGh andere Winkeimessysteme und Teileinrichtungen verwendet werden.

Der vorstehend geschilderte Erfindungsgegenstand eröffnet jedoch insbesondere für transportable Prüfgeräte bezüglich der senkrecht zur X- und Y-Richtung (Z-Richtung) beispielsweise entlang eines Prüfgeräteständers gegebenen Verstellbarkeit des Fühlers eine Möglichkeit der weiteren Genauigkeitssteigerung bzw. Vereinfachung hinsichtlich der Ausrichtung des Prüfgerätes dadurch, dass die Orientierungslücke auf beiden Seiten des zu prüfenden Zahnrades aufgesetzt und für diese beiden Orientierungsebenen die Lage der Drehmittelpunkte des Zahnrades ermittelt werden und dass aus einer Abweichung der beiderseitigen Werte des Drehmittelpunktes in Abhängigkeit von ihrer Distanz in Z-Richtung die Richtungsabweichung zwischen Radachse und Z-Richtung ermittelt wird als Korrekturgrösse für die Bewegung des Messfühlers und/oder die von diesem gemessenen Werte bei der Profil-/oder Profillinienprüfung der Zahnflanken.

Durch diese erfindungsgemässe Verfahrensweise lässt sich unter Zuhilfenahme derselben Orientie-rungsiücke oder einer zweiten Orientierungslücke für die andere Radseite in äusserst einfacher Weise eine Richtungsabweichung zwischen Radachse und Z-Richtung des Prüfgeräteständers und damit des Prüfgerätes sehr genau feststellen und mit Hilfe des mit dem Prüfgerät verbundenen Rechners dahingehend berücksichtigen, dass der Messfühler bei der Durchführung der Prüfarbeit hinsichtlich des von ihm dabei durchlaufenen Weges eine Korrektur erfährt oder aber dass die vom Messfühler bei der Prüfarbeit abgenommenen Werte für einen entsprechenden Korrekturfaktor rückgerechnet werden, so dass das Prüfgerät hinsichtlich der Richtungsabweichung seiner Z-Achse unkorrigiert bleiben kann, so dass der bezüglich einer derartigen Korrektur gegebene erhebliche Zeit- und Arbeitsaufwand erspart ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 die teilweise Oberansicht eines Zahnrades mit Orientierung mit Hilfe eines Messfühlers und einer Orientierungslücke in vereinfachter Darstellung, und

Fig. 2 die vereinfachte Seitenansicht eines Prüfgerätes mit von der Parallelität zur Radachse abweichender Z-Richtung.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Zahnrades 1 in der Draufsicht, das um den Mittelpunkt 2 auf einer Verzahnungsmaschine oder einer Messmaschine drehbar ist. Der Verzahnung des Zahnrades gegenüber ist ein nicht näher dargestelltes Prüfgerät angeordnet, von dem hier nur die inkrementalen Weggeber 3 tan-

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gential zum Zahnrad und 4 senkrecht dazu veranschaulicht sind, entlang derer der Messfühler 8 - dessen Kopf 9 sehr klein und ohne Berücksichtigung des Moduls des zu prüfenden Zahnrades ausgebildet ist - des Prüfgerätes in bekannter Weise mittels Schütten bewegbar ist. Die Weggeber 3 und *4 erlauben das Abgreifen der X- und Y-Werte der Position, in der sich der Fühler 8 gerade befindet. Diese abgegriffenen Koordinatenwerte werden dem mit dem Prüfgerät verbundenen Rechner zugeführt.

Auf dem Zahnrad 1 ist ein Bauteil 10 lösbar, beispielsweise magnetisch haftend, aufgesetzt, das bezogen auf das Zahnrad nach radial aussen gerichtet eine universell ausgebildete Orientierungslücke 11 aufweist. Diese Lücke hat einen prismatischen Querschnitt mit hochgenau geschliffenen und polierten Flanken. Die Orientierungslücke 11 des Bauteils 10 muss sich dabei nicht, wie in Fig. 1 gezeigt, ober- oder unterhalb einer Zahnlücke befinden.

Zur Orientierung des Prüfgerätes gegenüber dem Zahnrad 1 wird der Fühlerkopf 9 des Messfühfers 8 in die Orientierungslücke 11 des Bauteiles 10 so eingefahren, dass der Fühlerkopf 9 an beiden Flanken der Orientierungslücke 11 anliegt. Nach Übernahme der Messwerte dieser Position und nach dem Herausfahren des Fühlers aus der Orientierungslücke wird das Zahnrad um den Winkel m weitergeschwenkt. Nun wird der Einfahrvorgang des Messfühlers 8 in die Lücke 11 für die neue Position des Bauteiles 10 wiederholt. Die sich dabei ergebenden Orientierungspositionen sind in Fig. 1 mit den Indices 1 und 2 bezeichnet. Die Wegstrecke aX von X| bis X2 und AY von Yi bis Y2 sind die Verfahrwege der Geräteschlitten. Aus diesen Weglängen und dem Schwenkwinkel des Zahnrades lassen sich die Koordinaten für den Punkt der Radachse errechnen, der in der entsprechenden Messebene liegt.

Der Vollständigkeit halber sei ergänzt, dass die Grösse x den Teilungswinkel des jeweiligen Zahnrades darstellt Von der Berücksichtigung dessen Grösse besteht jedoch hier Unabhängigkeit, so dass für den Schwenkwinkel m jeder beliebige Winkel in Frage kommt, dessen Wahl sich jedoch nach den optimalen Stellmöglichkeiten des Teilschneckengetriebes bzw. des inkrementalen Drehgebers 7 richten wird.

Nunmehr kann die Orientierung des Prüfgerätes durch Bestimmung der Koordinaten Xo und Yo erfolgen, indem der Messfühler 8 bei zwei mit den Indices 1 und 2 bezeichneten Schwenkpositionen des Zahnrades in die Orientierungslücke eingefahren wird. Aus den dabei ermittelten Grössen aX und AY in Verbindung mit dem Schwenkwinkel nt ergeben sich die Koordinatenwerte für Xo undYo wie folgt:

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(1) ë= arctan ~|-

(2) L2=-dX2+AY2

(3) r = —t—-f

2 sm -"2~

= "Vfcc2 + *Y2>

2 sin

"\/Ux2 + A Y2)' sin (î +£)'

(4) X* - — rf—

1 2 sin --g-

(5) X0 = X1,2~Xi,2

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yî)2 - V>-2 - <2'

<7) T0*Y1.2-+Yi.2

Dabei ist L der Abstand des Mittelpunktes des Messfühlerkopfes 9 zwischen den beiden Positionen 1 und 2. Diese Grösse ist in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Die Grösse r ist der Radius des durch den Mittelpunkt des Messfühlerkopfes 9 um den Punkt 2 beschriebenen Kreises. Bezüglich der Winkelfunktion

(8) sin (± -Sf 10

ist berücksichtigt, dass die beiden mit der Orientierung herangezogenen Lückenpositionen beidseitig des Wertes Xo oder auch nur auf einer Seite dieses Wertes liegen können. Hier gelten im wesentlichen folgende Zusammenhänge, die durch den mit dem Prüfgerät verbundenen Rechner berücksichtigt werden können:

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(9) bezüglich Xg einseitig beidseitig sin (é i sin entscheidet sich an

Sind in der geschilderten Weise die Werte Xo und Yo errechnet, ist ein Punkt der Radachse (in Fig. 1 Punkt 2) genau ermittelt. Wird der gleiche Orientierungsvorgang in einer zweiten Messebene wiederholt, z.B. an der zweiten Stirnfläche des Zahnrades - nach dem Anbringen des Bauteils mit der Orientierungslücke an dieser Stirnfläche— erhält man einen weiteren Punkt der Radachse.

Dazu zeigt Fig. 1 ein in nicht näher dargestellter Weise beispielsweise auf einer Verzahnungsmaschine eingespanntes Zahnrad 1, dessen Achse 2 eine bestimmte Lage bzw. Richtung hat. Dem Rad 1 gegenüber befindet sich ein Prüfgerät 12, das entlang einem Geräteständer 13 senkrecht der in Fig. 1 angegebenen Koordinatenachse X und Y in Z-Richtung verschiebbar ist. Wie ersichtlich, ist diese Z-Richtung 14 nicht parallel zur Richtung der Achse 2, was sich beispielsweise bei Aufstellung transportabler Prüfgeräte (eicht ergeben kann. Ausgehend von dieser Abweichung der Richtung der Achse 2 einerseits und der Z-Richtung 14 andererseits würde nun der Messtaster 8 bei dieser Prüfbewegung entlang der Zahnflanke nicht genau auf der vorgeschriebenen Kurve bezüglich dem Zahnrad 1 bewegt werden, je nachdem ob eine Prüfung des Zahnprofils oder der Flankenlinie stattfindet.

Um die sich daraus ergebende Verfälschung der bei der Radprüfung ermittelten Werte auszuschalten, kann nun in der dargestellten Weise sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite des Zahnrades 1 je ein Bauteil 10 und 10' mit einer Orientierungslücke angeordnet und für beide Seiten des Rades die Bestimmung der dortigen Mittelpunkte der in den Messebenen liegenden Radschnitte vorgenommen werden, womit sich unter Zuhilfenahme der Wegstrecke Z zwischen oberer und unterer Position des Prüfgerätes 12 der Kippwinkel zwischen Radachse 2 und Z-Achse 14 errechnen lässt. Unter Berücksichtigung dieses Kippwinkels kann nun der Messtaster 8 bei seiner mit dem Prüfvorgang verbundenen Bewegung eine diesen Kippwinkel berücksichtigende Korrektur aufgeprägt werden. Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, die vom Messtaster 8 bei der Prüfbewegung ermittelten Messwerte unter Berücksichtigung des Kippwinkels zu korrigieren.

Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, beispielsweise den Ständer 13 des Prüfgerätes zunächst genau parallel zur Achse des zu prüfenden Rades auszurichten, wobei selbst ein solches Ausrichten noch einen Restfehler beinhalten würde. Vielmehr kann in der geschilderten Weise der eingeschlossene Kippwinkel mit einer Genauigkeit ermittelt und berücksichtigt werden, die innerhalb der Genauigkeit des Prüfgerätes 12 liegt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Orientierung eines Prüfgerätes zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der Zahn-flankenprofillinien von Zahnrädern gegenüber deren Drehachse mitteis eines Fühlers, wobei der tangential zum Zahnrad in X-Richtung sowie rechtwinklig dazu in Y-Richtung entlang inkrementaler Weggeber verfahrbare Fühler nacheinander bei zwei verschiedenen Positionen in je eine am Zahnrad befindliche Lücke bis zur beidseitigen Anlage des Fühlerkopfes an den Lückenflanken eingefahren wird und aus den dabei an den Weggebern ermittelten X- und Y-Werten unter Zuhilfenahme des durch "die beiden Positionen gebildeten Schwenkwinkels die Lage des Schnittpunktes der Radachse mit der Messebene ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Fühler (8, 9) der Messfühter des Prüfgerätes verwendet wird und als Lücke eine lösbar auf das zu prüfende Zahnrad (1) im Bereich der Verzahnung mit der Öffnung im wesentlichen nach radial aussen gerichtet aufgesetzte Orientierungslücke (11), dass die bei der ersten Position durch den Messfühler (8, 9) angefahrene Qrientierungslücke durch Drehen des Zahnrades (1) in die zweite Position geschwenkt und der Messfühler dort in dieselbe Orientierungslücke

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eingefahren wird, und dass aus den X- und Y-Wërten der beiden Positionen, die den Schwenkwinkel ein-schliessen, die Lage des Drehmittelpunktes des Zahnrades errechnet wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1 bei einem in Z-Richtung - senkrecht zur X- und Y-Richtung - entlang eines inkrementalen Weggebers verstellbaren Fühler, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungslücke (11) auf beiden Seiten des zu prüfenden Zahnrades (1) aufgesetzt und für diese beiden Orientierungsebenen die Lage des Drehmittelpunktes (2) des Zahnrades ermittelt wird und dass aus einer Abweichung der beiderseitigen Werte des Drehmittelpunktes in Abhängigkeit von ihrer Distanz in Z-Richtung die Richtungsabweichung zwischen Radachse und Z-Richtung (14) ermittelt wird als Korrekturgrösse für die Bewegung des Messfühlers (8, 9) und/oder die von diesem gemessenen Werte beider Profil-und/oder Profillinienprüfung der Zahnflanken.

3. Bauteil zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Orientierungslücke (11) enthält und dass Mittel vorgesehen sind, um das Bauteil im Bereich der Radverzahnung auf einer Zahnradseite mit nach radial aussen weisender Lückenöffnung lösbar zu befestigen.

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