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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 Erfassen von Unregelmäßigkeiten beim Umlauf des Prüflings und einer an den Sensor angeschlossene Auswerteelektronik besitzt.
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Der Qualitätsprüfung von Zahnrädern oder anderen mit Verzahnungen versehenen Prüflingen dienen üblicherweise die Einflanken-Wälzprüfung und die Zweiflanken-Wälzprüfung.
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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 Abweichungen der Drehstellungen des zu prüfenden Rades gegenüber 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.
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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 Lehrzahnrades im Eingriff sind. Beim Abwälzen der Zahnräder auftretende Änderungen des Achsabstandes werden gemessen. Aufgetragen über dem Drehwinkel läßt der Verlauf der Zweiflanken-Wälzabweichung Rückschlüsse über die Qualität der Verzahnung des Prüflings zu.
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Bei der automatischen Herstellung von Verzahnungen können Prozeßfehler auftreten, die neben rein funktionsorientierten Größen in hohem Maß die Laufeigenschaften der Verzahnungen beeinträchtigen. Diese Einflüsse sind gleichermaßen bei der Formgebung, wie Schneiden oder Fräsen, und im Bereich des Werkstücktransports zu finden. Grob unterschieden werden kann zwischen Geometriefehlern, die nicht behebbar, und solchen Beschädigungen, die durch manuelles nachbearbeiten der entsprechenden Stelle an der Verzahnungsoberfläche zu beheben sind.
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Bei dem in der US-Schrift
US 3 900 720 A beschriebenen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zur Ermittlung eines individuellen Montagemaßes, wobei dieses dann automatisch auf die Stirnfläche des Ritzels aufgetragen wird, so dass in der Montage die als Paarung behandelten Kegelräder einfach und schnell in der besten Einbaulage montiert werden können. Es handelt sich somit nicht um eine Qualitätsprüfung der Verzahnung, sondern um eine Ermittlung von Montagemaßen, die sowohl von der Genauigkeit der Drehlingskontur des Zahnrades als auch dem individuellen Eingriffsverhalten der Zahnradpaarung abhängt.
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Aus der
DE 33 17 428 C2 ist darüber hinaus eine Einrichtung zur Feststellung und Markierung der Lage und Größe von Fehlerstellen an Rohren bekannt. Sinn und Zweck dieses Verfahrens ist eine möglichst genaue Markierung von fehlerhaftem Rohrmaterial, um auf diese Weise den insoweit entstehenden Ausschuss möglichst gering zu halten. Die Vorrichtung weist hierzu einen Fehlerprüfkopf zur Fehlererkennung, der über ein Steuerglied mit einer Fehlermarkierungsvorrichtung verbunden ist, auf. Die Fehlererfassung erfolgt während einer Längsbewegung des sich drehenden Rohres. Zur Erkenntnis der Vorschubgeschwindigkeit des Rohres weist die Richtung zwei Lichtschranken auf zur Fehlererkennung in gleichem winkelmäßigen Abstand, um den Rohrumfang angeordnete Briefkopfelemente sowie eine der Anzahl der Briefkopfelemente entsprechende Anzahl von ebenfalls über den Rohrumfang verteilt angeordneten Farbsprühdüsen oder Schlitzen sowie einen Lumineszenztaster in Rohrlängsrichtung hinter der Markierungsvorrichtung zur Überprüfung der Lagewerte der Markierung, wobei der Lumineszenztaster in einem definierten Abstand zu den jeweiligen Fehlerprüfköpfen und der Markierungsvorrichtung angeordnet ist, so dass ein Soll-Istwert-Vergleich bezüglich der Lage der Markierungen auf dem Rohr ermöglicht ist. Gegenstand dieser Vorrichtung ist also eine Fehlererkennungs- und Markierungseinrichtung für Rohre, die allerdings nicht für Verzahnungsfehler von Zahnrädern oder Zahnwellen anwendbar ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 1 809 151 A ist ferner eine Vorrichtung zur Kontrolle und Messung der Geräuschhaftigkeit von Zahnrädern an Geräuschprüfmaschinen bekannt. Derartige Maschinen werden allerdings zur Zahnradprüfung eingesetzt, um auf diese Weise Fehler und Ungenauigkeiten der Verzahnung der Zahnräder zu erkennen. Problematisch bei derartigen Geräuschprüfmaschinen ist, dass die Fehlererkennung auf empirischen Erkenntnissen beruht und damit die Qualität der Fehlererkennung im Wesentlichen vom Erfahrungsgrad der jeweiligen Bedienperson der Maschine abhängt. Gegenstand der zitierten Offenlegungsschrift ist es, das subjektive Element dieser Fehlerprüfung durch den Einsatz einer elektronischen Geräuscheerfassung, indem die bei Drehung der in gegenseitigem Eingriff stehenden Zahnräder auf die beiden Zahnradwellen übertragenen mechanischen Schwingungen festgestellt und in ein elektronisches Signal umgewandelt werden, welches auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt wird, wobei die mechanischen Schwingungen und das entsprechende Anzeigesignal proportional der Geräuschhaftigkeit des Zusammenwirkens der beiden Zahnräder ist und damit ein Gradmesser für etwaige Verzahnungsfehler darstellt.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 32 18 811 A1 ein Verfahren zum Aussortieren von mit Oberflächenfehlern behafteten Zahnrädern sowie eine Vorrichtung zur automatischen Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Bei dem vorbekannten Verfahren werden die zu prüfenden Zahnräder einer Spanneinrichtung zugeführt, in der die Zahnräder starr aber frei drehbar aufgenommen sind und anschließend mit einem radial nachgiebig gelagerten angetriebenen Meisterrad in Eingriff gebracht und anschließend mittels des Meisterrades unter radialer Belastung mit einer zwei Flankenanlage angetrieben wird. Im Weiteren werden die während der Drehung des Meisterrades und Zahnrades auftretenden radialen Auslenkungen des Meisterrades erfasst und in Spannungsimpulse umgesetzt, die einer nach geschalteten Messelektronik zugeordnet werden. Für den Fall, dass bei dieser Prüfung vorgegebene Grenzwerte überschritten werden, wird das Zahnrad mit einer im Prüfprozess nach geschalteten Sortierweiche aussortiert.
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Mittels der vorbekannten Verfahren zur Qualitätsprüfung von Verzahnungen gelingt es, durch Nachbearbeitung behebbare Verzahnungsbeschädigungen festzustellen. Da die Größe derartiger Beschädigungen im Bereich von wenigen Hundertstel Millimetern liegt, ist das Auffinden derartiger Beschädigungen vor deren Beseitigung äußerst zeit- und damit kostenaufwendig.
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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.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist in verfahrenstechnischer Hinsicht dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mittels wenigstens eines Drehwinkelgebers und einer Auswerteelektronik die Umfangspositionen festgestellter Verzahnungsfehler ermittelt werden und daß mittels einer Markierungseinrichtung diese Umfangspositionen am jeweiligen Prüfling markiert werden.
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Bei der Erfindung handelt es sich somit darum, daß beim Abrollen eines im Zahneingriff mit einem Lehrzahnrad stehenden 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 Seitenbänder sowie Pegel unterhalb der Zahneingriffsfrequenz. Die Eingriffsstöße und Rundlaufabweichungen haben großen Einfluß auf den allgemeinen Geräuschpegel, was besonders in der spektralen Zerlegung des Wälzsignals sichtbar wird. Beschädigungen der Verzahnung werden durch besondere Verfahren aus dem Zeitsignal des Wälzverhaltens sichtbar gemacht und hinsichtlich der Umfangsposition am jeweiligen Prüfling bzw. an einem Prüflingszahn markiert.
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In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 2 einen Drehwinkelgeber zum laufenden Erfassen der Drehstellung des Prüflings bei dessen Umlauf und eine von der Auswerteelektronik ansteuerbare Einrichtung zum Markieren einer mit eitem Verzahnungsfehler behafteten Umfangsstelle bzw. eines fehlerhaften Zahns des Prüflings besitzt. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem an die Auswerteelektronik angeschlossenen Sensor um einen Körperschallaufnehmer.
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Mittels der von der Auswerteelektronik ansteuerbaren Markierungseinrichtung erfolgt bei dieser Meßvorrichtung die Markierung einer fehlerbehafteten Umfangsstelle bzw. eines fehlerhaften Zahns des jeweiligen Prüflings selbsttätig.
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Eine sinnvolle Weiterbildung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung sieht vor, daß die Auswerteelektronik an wenigstens einen mit dem Prüfrad und/oder mit der Einspannvorrichtung für den Prüfling, und dann auch mit dem Prüfling selbst, verbundenen Drehwinkelaufnehmer als Sensor/Sensoren zum Erfassen von Verzahnungs-Unregelmäßigkeiten des Prüflings angeschlossen ist.
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Diese Weiterbildung der Meßvorrichtung kann zweckmäßigerweise für die Einflanken-Wälzprüfung ausgelegt sein, bei der Prüfling und Lehrzahnrad bei unverändertem Abstand ihrer Umlaufachsen miteinander kämmen.
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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.
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Diese Meßvorrichtung ist für die sogenannte Zweiflanken-Wälzprüfung ausgelegt, bei der Prüfling und Lehrzahnrad definiert aneinandergepreßt und dadurch miteinander zum Zweiflanken-Eingriff gebracht sind.
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Ebenfalls für die Zweiflanken-Wälzprüfung ausgelegt ist eine Variante der zuletzt erörterten Weiterbildung, bei der als Sensor zum Erfassen von Verzahnungs-Unregelmäßigkeiten des Prüflings ein Wegaufnehmer dient, an den die Auswerteelektronik angeschlossen ist.
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Bei den fur die Zweiflanken-Wälzprüfung ausgelegten Ausführungsformen der Meßvorrichtung vermittelt zweckmäßigerweise eine spielfreie Längsführung die Bewegbarkeit des Lehrzahnrades radial zum jeweiligen Prüfling. Die Längsführung des Lehrzahnrades radial zum Prüfling kann einen das Lehrzahnrad lagernden und spielfrei in einem Untergestell geführten Schlitten umfassen.
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Eine abermalige Weiterbildung der Meßvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik an eine Geräuschanalyseeinrichtung zum Erfassen von Verzahnungs-Unregelmäßigkeiten des Prüflings angeschlossen ist.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen sollen nachstehend zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung und das damit durchführbare Verfahren zum Feststellen und Anzeigen von Verzahnungsfehlern erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:
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1 eine für die Qualitätsprüfung von Verzahnungen mittels der Einflanken-Wälzprüfung ausgelegte Meßvorrichtung,
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2 die Meßvorrichtung in einer Draufsicht zu 1,
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3 eine Draufsicht auf eine für die Qualitätsprüfung von Verzahnungen mittels der Zweiflanken-Wälzprüfung ausgelegte Meßvorrichtung und
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4 ein typisches Diagramm einer Zahnflanken-Wälzabweichung in Abhängigkeit von den Umläufen eines Prüflings.
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Bei der in den 1 und 2 veranschaulichten Meßvorrichtung 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 geregelten Antrieb 18 in Wirkverbindung. Die Aufnahme für das Lehrzahnrad 12 ist mit einer nicht dargestellten geregelten Last wirkverbunden. Ferner umfaßt die Meßvorrichtung 10 einen mit der Spannvorrichtung 13 für den Prüfling 14 drehfest verbundenen Drehgeber 19. Mit der Aufnahme für das Lehrzahnrad 12 kann ebenfalls ein Drehgeber wirkverbunden sein, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
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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 fur den Prüfling 14 verbundenen Drehgeber angeschlossenen Auswerteelektronik ansteuerbar ist. Die Markiereinrichtung 20 besitzt einen an einem Schwenkarm 21 angebrachten Farbmarkierer 22 mit einer zum Aufbringen einer Farbmarkierung auf den Prüfling 14 aufsetzbaren Spitze 23. Dies ist in 1 durch den Drehpfeil 24 angedeutet.
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Bei der in den 1 und 2 veranschaulichten Meßvorrichtung 10 erfolgt die Prüfung der Verzahnung des Prüflings 14 bei festem Achsabstand im Einflanken-Eingriff mit dem Lehrzahnrad 12. Angetrieben wird der Prüfling 14. Drehzahl und Lastmoment sind in weiten Grenzen und damit die zur Erkennung von Fehlern der Verzahnung des Prüflings 14 günstigsten Betriebsdaten einstellbar. Für die Prüfung der rechten und linken Flanken der Verzahnung des Prüflings 14 müssen Prüfdurchläufe mit rechts- und linksdrehendem Prüfling durchgeführt werden.
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Bei der in 3 veranschaulichten Meßvorrichtung 30 ist wiederum der Prüfling 34 mittels einer letzteren austauschbar aufnehmenden Spannvorrichtung 33 drehbar und ortsfest an einem Vorrichtungsgestell 31 gelagert. Ein um eine zur Drehachse 36 der Spannvorrichtung 33, und damit des Prüflings 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 Lehrzahnrades 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 Markiereinrichtung 40 mit einem eine auf einen Prüfling absenkbare Spitze 43 aufweisenden Farbmarkierer 42.
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Ebenso wie bei der Ausführungsform nach den 1 und 2 treibt bei der Meßvorrichtung nach 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 Wegaufnehmer 39 als Sensor und eine mit diesem verbundene, nicht dargestellte, Auswerteelektronik erfaßt werden. Die Auswerteelektronik erfaßt die Umfangsposition festgestellter Fehler der Verzahnung des Prüflings 34 und steuert in Abhängigkeit von derartigen Fehlererfassungen die Markierungseinrichtung 40 zum Markieren der Umfangsposition eines festgestellten Fehlers bzw. eines einen Verzahnungsfehler aufweisenden Zahns des Prüflings 34 an.
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Beim Abrollen eines Prüflings 14, 34 gegenüber einem Lehrzahnrad 12, 32 erzeugt dessen Verzahnung typische meßbare Verhaltensmuster. Ein derartiges Verhaltensmuster veranschaulicht das Diagramm gemäß 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.
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Mittels spezieller Filterfunktionen und unter Heranziehung weiterer statistischer Rechenverfahren lassen sich Lage und Größe derartiger Beschädigungen ermitteln. Mittels der von einer Auswerteelektronik ansteuerbaren Markierungseinrichtung 20, 40 können die Umfangspositionen derartiger Beschädigungen angefahren und entsprechende Umfangsmarkierungen am Prüfling 14, 34 bzw. dem mit einer Beschädigung behafteten Zahn eines Prüflings angebracht werden.
