DE10012158A1 - Verfahren zum Feststellen und Anzeigen von Verzahnungsfehlern sowie Messvorrichtung zur Qualitätsprüfung von Zahnrädern und/oder Zahnwellen - Google Patents

Abstract

Bei dem Verfahren zum Feststellen und Anzeigen von Verzahnungsfehlern wird mittels eines Drehwinkelgebers und einer Auswerteelektronik die Umfangsposition von Verzahnungsfehlern ermittelt und mittels einer Markiereinrichtung diese Umfangsposition am jeweiligen Prüfling markiert. DOLLAR A Eine für die Verwirklichung dieses Verfahrens geeignete Meßvorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Drehwinkelgeber zum laufenden Erfassen der Drehstellung eines Prüflings, bei dessen Umlauf und durch eine von einer Auswerteelektronik ansteuerbare Einrichtung zum Markieren einer mit einem Verzahnungsfehler behafteten Umfangsstelle bzw. eines fehlerhaften Zahns des Prüflings.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen und Anzeigen von Verzahnungsfehlern, bei dem die Verzahnungen von Zahnrädern und/oder Zahnwellen als Prüflinge mittels an sich bekannter Meßverfahren, wie die Ein-Flanken- oder Zweiflanken-Wälzprüfung bzw. die Geräuschprüfung und eine Geräuschanalyse, einer Qualitätsprüfung unterzogen werden. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Meßvorrichtung zur Qualitätsprüfung von Zahnrädern und/oder Zahnwellen als Prüflinge, die eine drehbar gelagerte Einspannvorrichtung für einen Prüfling, ein mit dem Prüfling in Zahneingriff bringbares Prüfrad sowie wenigstens einen Sensor zum Erfas­ sen von Unregelmäßigkeiten beim Umlauf des Prüflings und einer an den Sensor angeschlossene Auswerteelektronik be­ sitzt.

Der Qualitätsprüfung von Zahnrädern oder anderen mit Ver­ zahnungen versehenen Prüflingen dienen üblicherweise die Einflanken-Wälzprüfung und die Zweiflanken-Wälzprüfung.

Bei der Einflanken-Wälzprüfung werden ein zu prüfendes Zahnrad und ein Lehrzahnrad unter einem vorgegebenen, nicht veränderbaren Abstand derart abgewälzt, daß entweder die Rechtsflanken oder die Linksflanken in Eingriff bleiben. Von einer Anfangsstellung aus werden die auftretenden Ab­ weichungen der Drehstellungen des zu prüfenden Rades gegen­ über den durch die Stellungen des Lehrzahnrades gegebenen Soll-Stellungen gemessen. Die Abweichungen werden entweder als Strecke längs des Umfangs eines Meßkreises, etwa des Zahnrad-Teilkreises, oder im Winkelmaß angegeben.

Bei der Zweiflanken-Wälzprüfung werden zwei Zahnräder, ein Prüfling und ein Lehrzahnrad, unter der Einwirkung einer in Richtung des Achsabstandes der beiden Zahnräder wirkenden Kraft so aneinandergepreßt, daß immer wenigstens eine Linksflanke und eine Rechtsflanke des Prüflings und Lehr­ zahnrades im Eingriff sind. Beim Abwälzen der Zahnräder auftretende Änderungen des Achsabstandes werden gemessen. Aufgetragen über dem Drehwinkel läßt der Verlauf der Zwei­ flanken-Wälzabweichung Rückschlüsse über die Qualität der Verzahnung des Prüflings zu.

Bei der automatischen Herstellung von Verzahnungen können Prozeßfehler auftreten, die neben rein funktionsorientier­ ten Größen in hohem Maß die Laufeigenschaften der Verzah­ nungen beeinträchtigen. Diese Einflüsse sind gleichermaßen bei der Formgebung, wie Schneiden oder Fräsen, und im Be­ reich des Werkstücktransports zu finden. Grob unterschieden werden kann zwischen Geometriefehlern, die nicht behebbar, und solchen Beschädigungen, die durch manuelles nachbear­ beiten der entsprechenden Stelle an der Verzahnungsoberflä­ che zu beheben sind.

Mittels der vorbekannten Verfahren zur Qualitätsprüfung von Verzahnungen gelingt es, durch Nachbearbeitung behebbare Verzahnungsbeschädigungen festzustellen. Da die Größe der­ artiger Beschädigungen im Bereich von wenigen Hundertstel Millimetern liegt, ist das Auffinden derartiger Beschädi­ gungen vor deren Beseitigung äußerst Zeit- und damit ko­ stenaufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Maßnahmen für ein schnelles Auffinden festgestellter Beschädigungen anzugeben und damit die Voraussetzung für ein effektives Beseitigen derartiger Beschädigungen zu schaffen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist in verfah­ renstechnischer Hinsicht dadurch gelöst, daß bei dem Ver­ fahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mittels wenigstens eines Drehwinkelgebers und einer Auswerteelek­ tronik die Umfangspositionen festgestellter Verzahnungsfeh­ ler ermittelt werden und daß mittels einer Markierungsein­ richtung diese Umfangspositionen am jeweiligen Prüfling markiert werden.

Bei der Erfindung handelt es sich somit darum, daß beim Ab­ rollen eines im Zahneingriff mit einem Lehrzahnrad stehen­ den Prüflings von der Verzahnung erzeugte, typisch meßbare Verhaltensmuster mittels geeigneter Sensoren erfaßt und durch statistische Rechenverfahren ausgewertet werden. Signifikante Elemente der Auswertung sind die Pegel über den harmonischen Frequenzen des Zahneingriffs und deren Seiten­ bänder sowie Pegel unterhalb der Zahneingriffsfrequenz. Die Eingriffsstöße und Rundlaufabweichungen haben großen Ein­ fluß auf den allgemeinen Geräuschpegel, was besonders in der spektralen Zerlegung des Wälzsignals sichtbar wird. Be­ schädigungen der Verzahnung werden durch besondere Verfah­ ren aus dem Zeitsignal des Wälzverhaltens sichtbar gemacht und hinsichtlich der Umfangsposition am jeweiligen Prüfling bzw. an einem Prüflingszahn markiert.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßvor­ richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 2 einen Drehwinkelgeber zum laufenden Erfassen der Drehstellung des Prüflings bei dessen Umlauf und eine von der Auswerteelek­ tronik ansteuerbare Einrichtung zum Markieren einer mit ei­ nem Verzahnungsfehler behafteten Umfangsstelle bzw. eines fehlerhaften Zahns des Prüflings besitzt. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem an die Auswerteelektronik ange­ schlossenen Sensor um einen Körperschallaufnehmer.

Mittels der von der Auswerteelektronik ansteuerbaren Mar­ kierungseinrichtung erfolgt bei dieser Meßvorrichtung die Markierung einer fehlerbehafteten Umfangsstelle bzw. eines fehlerhaften Zahns des jeweiligen Prüflings selbsttätig.

Eine sinnvolle Weiterbildung der erfindungsgemäßen Meßvor­ richtung sieht vor, daß die Auswerteelektronik an wenig­ stens einen mit dem Prüfrad und/oder mit der Einspannvor­ richtung für den Prüfling, und dann auch mit dem Prüfling selbst, verbundenen Drehwinkelaufnehmer als Sensor/Sensoren zum Erfassen von Verzahnungs-Unregelmäßigkeiten des Prüf­ lings angeschlossen ist.

Diese Weiterbildung der Meßvorrichtung kann zweckmäßiger­ weise für die Einflanken-Wälzprüfung ausgelegt sein, bei der Prüfling und Lehrzahnrad bei unverändertem Abstand ih­ rer Umlaufachsen miteinander kämmen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Meßvorrichtung ist das Prüfrad radial bewegbar zum Prüfling geführt sowie an diesen mit einer vorbestimmten Kraft andrückbar und die Auswerteelektronik ist an einen Beschleunigungsaufnehmer als Sensor zum Erfassen von Verzahnungsunregelmäßigkeiten des Prüflings angeschlossen.

Diese Meßvorrichtung ist für die sogenannte Zweiflanken- Wälzprüfung ausgelegt, bei der Prüfling und Lehrzahnrad de­ finiert aneinandergepreßt und dadurch miteinander zum Zwei­ flanken-Eingriff gebracht sind.

Ebenfalls für die Zweiflanken-Wälzprüfung ausgelegt ist ei­ ne Variante der zuletzt erörterten Weiterbildung, bei der als Sensor zum Erfassen von Verzahnungs-Unregelmäßigkeiten des Prüflings ein Wegaufnehmer dient, an den die Auswer­ teelektronik angeschlossen ist.

Bei den für die Zweiflanken-Wälzprüfung ausgelegten Ausfüh­ rungsformen der Meßvorrichtung vermittelt zweckmäßigerweise eine spielfreie Längsführung die Bewegbarkeit des Lehrzahn­ rades radial zum jeweiligen Prüfling. Die Längsführung des Lehrzahnrades radial zum Prüfling kann einen das Lehrzahnrad lagernden und spielfrei in einem Untergestell geführten Schlitten umfassen.

Eine abermalige Weiterbildung der Meßvorrichtung ist da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik an eine Geräuschanalyseeinrichtung zum Erfassen von Verzahnungs- Unregelmäßigkeiten des Prüflings angeschlossen ist.

Anhand der beigefügten Zeichnungen sollen nachstehend zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung und das damit durchführbare Verfahren zum Feststellen und An­ zeigen von Verzahnungsfehlern erläutert werden. In schema­ tischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 eine für die Qualitätsprüfung von Verzahnungen mittels der Einflanken-Wälzprüfung ausgelegte Meßvorrichtung,

Fig. 2 die Meßvorrichtung in einer Draufsicht zu Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine für die Qualitätsprüfung von Verzahnungen mittels der Zweiflanken-Wälzprü­ fung ausgelegte Meßvorrichtung und

Fig. 4 ein typisches Diagramm einer Zahnflanken- Wälzabweichung in Abhängigkeit von den Umläufen eines Prüflings.

Bei der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Meßvorrich­ tung 10 sind an einem nur angedeuteten Vorrichtungsgestell 11 ein Lehrzahnrad 12 (Prüfrad) und eine Spannvorrichtung 13 für die austauschbare Aufnahme eines zu prüfenden Zahnrades 14 (Prüfling) drehbar gelagert. Die Drehachsen 15, 16 des Lehrzahnrades 12 und der Spannvorrichtung 13, und damit des Prüflings, verlaufen parallel zueinander und sind in einem unveränderbaren Abstand voneinander angeordnet. Die Spannvorrichtung 13 für den Prüfling 14 steht mit einem ge­ regelten Antrieb 18 in Wirkverbindung. Die Aufnahme für das Lehrzahnrad 12 ist mit einer nicht dargestellten geregelten Last wirkverbunden. Ferner umfaßt die Meßvorrichtung 10 ei­ nen mit der Spannvorrichtung 13 für den Prüfling 14 dreh­ fest verbundenen Drehgeber 19. Mit der Aufnahme für das Lehrzahnrad 12 kann ebenfalls ein Drehgeber wirkverbunden sein, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Ferner umfaßt die Meßvorrichtung 10 eine Markiereinrichtung 20, die auf dem nur angedeuteten Vorrichtungsgestell 11 aufgenommen und von einer nicht dargestellten, ihrerseits an den drehfest mit der Spannvorrichtung 13 für den Prüf­ ling 14 verbundenen Drehgeber angeschlossenen Auswerteelek­ tronik ansteuerbar ist. Die Markiereinrichtung 20 besitzt einen an einem Schwenkarm 21 angebrachten Farbmarkierer 22 mit einer zum Aufbringen einer Farbmarkierung auf den Prüf­ ling 14 aufsetzbaren Spitze 23. Dies ist in Fig. 1 durch den Drehpfeil 24 angedeutet.

Bei der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Meßvorrich­ tung 10 erfolgt die Prüfung der Verzahnung des Prüflings 14 bei festem Achsabstand im Einflanken-Eingriff mit dem Lehr­ zahnrad 12. Angetrieben wird der Prüfling 14. Drehzahl und Lastmoment sind in weiten Grenzen und damit die zur Erken­ nung von Fehlern der Verzahnung des Prüflings 14 günstig­ sten Betriebsdaten einstellbar. Für die Prüfung der rechten und linken Flanken der Verzahnung des Prüflings 14 müssen Prüfdurchläufe mit rechts- und linksdrehendem Prüfling durchgeführt werden.

Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Meßvorrichtung 30 ist wiederum der Prüfling 34 mittels einer letzteren austausch­ bar aufnehmenden Spannvorrichtung 33 drehbar und ortsfest an einem Vorrichtungsgestell 31 gelagert. Ein um eine zur Drehachse 36 der Spannvorrichtung 33, und damit des Prüf­ lings 34, parallele Achse 35 drehbar gelagertes Lehrzahnrad 32 ist an einer Schwinge 37 aufgenommen. Die Schwinge 37, und damit die von dieser gelagerten Drehachse 35 des Lehr­ zahnrades 32 ist radial bewegbar zum Prüfling 14 geführt, wie der Doppelpfeil 38 andeutet, und an der Schwinge ist als Sensor ein Wegaufnehmer 39 angeordnet. Ferner umfaßt die Meßvorrichtung eine - nicht dargestellte - Zylinder- Feder-Kombination, mittels der das Lehrzahnrad 32 zwecks Verwirklichung eines Zweiflanken-Eingriffes mit definierter Kraft an den Prüfling 34 angepreßt wird, und eine Mar­ kiereinrichtung 40 mit einem eine auf einen Prüfling ab­ senkbare Spitze 43 aufweisenden Farbmarkierer 42.

Ebenso wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 treibt bei der Meßvorrichtung nach Fig. 3 ein Motor den Prüfling 34 an. Beim Abrollen des Prüflings 34 und des Lehrzahnrades 32 treten Abstandsänderungen zwischen dem Lehrzahnrad und dem um eine vorrichtungsfeste Drehachse 36 drehbar gelagerten Prüfling 34 auf, die über den Wegaufneh­ mer 39 als Sensor und eine mit diesem verbundene, nicht dargestellte, Auswerteelektronik erfaßt werden. Die Auswer­ teelektronik erfaßt die Umfangsposition festgestellter Feh­ ler der Verzahnung des Prüflings 34 und steuert in Abhän­ gigkeit von derartigen Fehlererfassungen die Markierungseinrichtung 40 zum Markieren der Umfangsposition eines festgestellten Fehlers bzw. eines einen Verzahnungsfehler aufweisenden Zahns des Prüflings 34 an.

Beim Abrollen eines Prüflings 14, 34 gegenüber einem Lehr­ zahnrad 12, 32 erzeugt dessen Verzahnung typische meßbare Verhaltensmuster. Ein derartiges Verhaltensmuster veran­ schaulicht das Diagramm gemäß Fig. 4, in dem Zahnflanken- Wälzabweichungen über den Umdrehungen eines Prüflings 14, 34 aufgetragen sind. Die bei jeder Umdrehung im Diagramm auftretenden Spitzen 44 zeigen jeweils eine Beschädigung an einer definierten Umfangsstelle des Prüflings 14, 34 an.

Mittels spezieller Filterfunktionen und unter Heranziehung weiterer statistischer Rechenverfahren lassen sich Lage und Größe derartiger Beschädigungen ermitteln. Mittels der von einer Auswerteelektronik ansteuerbaren Markierungseinrich­ tung 20, 40 können die Umfangspositionen derartiger Beschä­ digungen angefahren und entsprechende Umfangsmarkierungen am Prüfling 14, 34 bzw. dem mit einer Beschädigung behafte­ ten Zahn eines Prüflings angebracht werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Feststellen und Anzeigen von Verzahnungs­ fehlern, bei dem die Verzahnungen von Zahnrädern und/oder Zahnwellen als Prüflinge mittels an sich bekannter Meßver­ fahren, wie die Einflanken- oder Zweiflankenwälzprüfung bzw. die Geräuschprüfung und eine Geräuschanalyse, einer Qualitätsprüfung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels wenigstens eines Drehwinkelgebers und einer Auswerteelektronik die Umfangspositionen festgestellter Verzahnungsfehler ermittelt und mittels einer Markierein­ richtung diese Umfangspositionen am jeweiligen Prüfling markiert werden.

2. Meßvorrichtung zur Qualitätsprüfung von Zahnrädern und/oder Zahnwellen als Prüflinge, die eine drehbar gela­ gerte Einspannvorrichtung für einen Prüfling, ein mit dem Prüfling in Zahneingriff bringbares Prüfrad sowie wenig­ stens einen Sensor zum Erfassen von Unregelmäßigkeiten beim Umlauf des Prüflings und eine an den Sensor angeschlossene Auswerteelektronik besitzt, gekennzeichnet durch einen Drehwinkelgeber zum laufenden Erfassen der Drehstel­ lung des Prüflings (14, 34) bei dessen Umlauf und durch ei­ ne von der Auswerteelektronik ansteuerbarer Einrichtung (20, 40) zum Markieren einer mit einem Verzahnungsfehler behafteten Umfangsstelle bzw. eines fehlerhaften Zahns des Prüflings.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem an die Auswerteelektronik angeschlosse­ nen Sensor um einen Körperschallaufnehmer handelt.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteelektronik an wenigstens einen mit dem Prüfrad (12, 32) und/oder mit der Einspannvorrich­ tung (13, 33) für den Prüfling (14, 34) verbundenen Dreh­ winkelaufnehmer als Sensor/Sensoren zum Erfassen von Ver­ zahnungs-Unregelmäßigkeiten des Prüflings angeschlossen ist.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Prüfrad (32) radial bewegbar zum Prüfling (34) geführt sowie mit einer vorbestimmten Kraft an den je­ weiligen Prüfling andrückbar ist und daß die Auswerteelek­ tronik an einen Beschleunigungsaufnehmer als Sensor zum Er­ fassen von Verzahnungsunregelmäßigkeiten des Prüflings an­ geschlossen ist.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Prüfrad (32) radial bewegbar zum Prüfling (34) geführt sowie mit einer vorbestimmten Kraft an den je­ weiligen Prüfling andrückbar ist und daß als Sensor zum Er­ fassen von Verzahnungs-Unregelmäßigkeiten des Prüflings ein Wegaufnehmer (39) dient, an den die Auswerteelektronik an­ geschlossen ist.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine spielfreie Längsführung die Bewegbarkeit des Prüfrades (32) radial zum jeweiligen Prüfling (34) ver­ mittelt.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsführung des Prüfrades (32) radial zum Prüfling einen das Prüfrad lagernden und spielfrei in einem Unterge­ stell geführten Schlitten umfaßt.

9. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswertelektronik an eine Geräuschanaly­ seeinrichtung zum Erfassen von Verzahnungs-Unregelmäßig­ keiten des Prüflings angeschlossen ist.