DD281455A5 - Verfahren und vorrichtung zur teilungspruefung von zahnraedern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Teilungspruefung von Zahnraedern, insbesondere Groszzahnraedern mit nur einem Mesztaster. Dieser Mesztaster faehrt bei stillstehendem Zahnrad nacheinander in verschiedene Zahnluecken ein und miszt die Position der Zahnflanken. Ist der Fahrweg des Mesztasters zu Ende, so faehrt er in die Startposition zurueck und gleichzeitig wird das Zahnrad so weit beigedreht, dasz die zuletzt gepruefte Flanke in den Startbereich des Mesztasters zu liegen kommt, worauf sich der Vorgang wiederholt, bis das Zahnrad ueber seinen ganzen Umfang durchgeprueft ist. Fig. 1{Teilungspruefung; Zahnrad; Groszzahnrad; Mesztaster; Zahnluecke; Zahnflanke; Startposition}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Teilungsprüfung von Z<.iinrädern, insbssondere Großzahnrädern, durch ein vorzugsweise transportables Meßgerät mit nur einem Meßtaster, der in die Lücken des zu prüfenden Zahnrades hineingefahren und in Höhe des Meßkreises in Anlage mit den Zahnflanken gebracht wird, wobei der Meßtaster 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 über seinen ganzen Umfang durchgeprüft ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Dieses 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 Winkelnormol, über Hie Teileinrichtung des Winkelnormals wird das Zahnrad der jeweiligen Soll-Winkellage entsprechend positioniert. Die Tsilungsabweich.ung ergibt sich auf dar Tangentialabweichung eines in die Lücke eingefahrenen und an die zu prüfende Zahnflanke angelegte 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 zu dem 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 mi·, zwei Tastern, die gleichzeitig an entsprechende Flanken des zu prüfenden Zahnrades herangeführt werden.

Zum Stand der Technik sei nur beispielshalber auf die DE-OS 3212079 und 3212081 hingewiesen.

-2- 281455 Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile weitgehend zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt 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 OE-OS 3320983, realisieren lassen, die bisher nur zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der Zahnschräge geeignet waren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erfassung der Flankenpositio." bei stillstehendem Zahnrad erfolgt, daß nach Erfassung mehrerer, im allgemeinen aufeinanderfolgender Flanken der Meßvaster in seinen zu Beginn dieser Meßreihe eingenommenen Ausgangsbereich zurückgefahren und das Zahnrad so weit beigedreht wird, daß der Meßtaster zu Beginn seiner neuen Meßreihe mit einer der zuletzt gemessenen Flanken in Anlage kommt, um unter Berücksichtigung deren Position die neue Drehstellung des Zahnrades zu erfassen, und daß sodann die neue Meßreihe beginnt.

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 Umfangabereich 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 zurückbewagt.

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 mod lediglich die Position des Meßtasters ermittelt werden, was durch Linearmeßsysteme mit einer Genauigkeit von 0,1 μ möglich ist, zum anderen darin, daß man nur einen Mr,Siaster benötigt, was nicht nur den baulichen Aufwand verringert, sondern auch die Meßgenauigkeit verbessert. Und nicht zuletzt liegt ein Vorteil 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 Teilungsprüfverfanren 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 verwendeten Gerätes gemäß dei DE-OS 3320983. 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.

Ausführungsbeispiele

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1: die Schrittfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens an zwei aufeinanderfolgenden Meßreihen; Fig.2: den Grundaufbau eines entsprechenden Prüfgerätes in teilweise geschnitter.«?r 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 1 angelegt. Für diese Position des Meßtasters 13 können die in Fig. 1 nur schsmatisch 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 verfahre¹*, bis er an der gegenüberliegenden Flanke, der rechten Flanke des Zahnes 2 in Höhe des Teilkreisdurchmessers anliegt, wobei dren Position bzw. Abweichung vom Sollmaß gemessen und gespeichert wird. Danach wird der Meßtaster aus der Zahnlücke herausgeführt und in die nächste Zahnlücke zwischen Zahn 2 und Zahn 3 wieder eingeführt und an die linke Flanke des Zahnes 2 angelegt. Damit läßt sich die Abweichung der Teilung für die linken Flanken an Zahn 1 und Zahn 2 messen.

Wie zuvor beschrieben, wird der Taster sodann an die rechte Flanke des Zahnes 3 herangeführt, worauf die Teilungsabweichungen der rechten Flanken der Zähne 2 und 3 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 3 bis 7 Zähnen der Fall sein. Der Einfachheit halber wurde in Fig. 1 unterstellt, daß der Taster bereits bei der rechten Flanke von Zahn 3 seinen Verfahrensweg 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 3 an den Beginn des Verfahrweges des Meßtasters 1 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 vor Beginn der zweiten Meßreihe zunächst dazu benutzt, die neue Stellung des Zahnrades nach dom Verdrehen zu messen. Er muß dazu in Anlage mi* einer bereits in der vorherigen Meßreihe erfaßten Flanke, zweckmäßig, mit der zuletzt erfaßten Flanke, also der rechten Flanke des Zahnes 3 gebracht werden. Dies kann in der Weise erfolgen, daß man bereits den Drehwinkel des Zahnrades jrob so bemißt, daß die genannte rechte Flanke des Zahnes 3 in den Startbereich des Tasters 1 gedreht wird; man benötigt dann 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 korrigk end in die Herstellung des Zahnrades eingreifen. Das Zahnrad ist dann gewöhnlich auf einem Drehtisch montiert, der nur um «anzzahlige Vielfache der Teilung verdreht werden kann.

Dieser Fall entspricht der Darstellung in der unteren Hälfte von Fig. 1, wo das Zahnrad gerade um eine ganze Teilung zurückgedreht worden ist. Der Taster 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 nach dem Rückdrehen bekannt und die zweite Meßreihe kann beginnen. Dabei werden die Flanken der Zähne 3 und 4 abgetastet (in der Praxis die Flanken von wesentlich mehr Zähnen), bis der Meßtaster 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 bei dem 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 Figuren 2 und 3 dargestellt, 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 3 Stellschrauben 3,4 und 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 gegenüber dem Gerätegestell.? 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 durch die Kraft einer Feder 1 Vin Richtung auf das zu prüfende Zahnrad gehalten wird und an seiner zahnradzugewandten Seite einen Orientierungsfühler 12 bzw. einen Meßtaster 13 trägt.

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

Zum Nivellieren des Meßgerätes, derart, daß seine X-Achse und sein - 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. Sedann 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 Schlitten 7 in die Startposition zurückgefahren wird und gleichzeitig der Drehantrieb22 das Zahnrad 23 in der bereits zuvor beschriebenen Weise zurückdreht, worauf automatisch die Ermittlung der neuen Drehstellung des Zahnrades anhand der zuletzt gemessenen Flar \e 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 worden.

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 Zahnrädern, insbesondere Großzahnrädern, durch ein vorzugsweise transportables Prüfgerät mit nur einem Meßtaster, der in die Lücken des zu prüfenden Zahnrades hineingefahren und auf dem Meßkreis in Anlage mit den Zahnflanken gebracht wird, wobei der Meßtaster die Position der einen Flanke, dann die Position dar 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 über seinen ganzen Umfang durchgeprüft ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Erfassung der Flankenposition bei stillstehendem Zahnrad erfolgt, daß nach Erfassung mehrerer, im allgemeinen aufeinanderfolgender Flanken der Meßtaster in seinen zu Beginn dieser Meßreihe eingenommenen Ausgangsbereich zurückgefahren und das Zahnrad so weit beigedreht wird, daß der Meßtaster zu Beginn seiner neuen Meßreihe mit einer der zuletzt gemessenen Flanken in Anlage kommt, um unter Berücksichtigung deren Position die neue Drehstellung des Zahnrades zu erfassen, und daß sodann die neue Meßreihe beginnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Zahnrad am Ende einer Meßreihe jeweils so weit beigedreht wird, daß der Meßtaster zu Beginn seiner neuen Meßreihe mit der zuletzt gemessenen Flanke in Anlage kommt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Teilungsprüfung mit einerZahndicken-und Zahnlückenprüfung zur rechnerunterstützten Bestimmung der Verzahnungs-Rundlaufabweichungen kombiniert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Teilungsprüfung mit der Prüfung des Flankonprofils und ggf. der Zahnschräge kombiniert wird, derart, daß an einigen über den Umfang verteilten Zähnen der Meßtaster nicht nur die Position der Flanke im Meßkreis erfaßt, sondern auch in an sich bekannter Weise die Profilform und die Zahnschräge dieser Flanke.

5. Vorrichtung zur Teilungsprüfung von Zahnrädern mittels eines Prüfgerätes mit einem Meßtaster,' der in einer Ebene senkrecht zur Achse des drehbar gelagerten, zu prüfenden Zahnrades verfahrbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß das Prüfgerät Schaltmittel aufweist, die jeweils nach Durchführung einer Meßreihe das Zurückfahren des Meßtasters in den zu Beginn der Msßreihe eingenommenen Ausgangsbereich einerseits und einen Drehantrieb des Zahnrades zu dessen Beidrehung um einen vorgegebenen Drehwinkel andererseits auslösen.