DE10044879A1

DE10044879A1 - Komplettvermessung von Getriebeverzahnungen

Info

Publication number: DE10044879A1
Application number: DE2000144879
Authority: DE
Inventors: Klaus Beulker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2002-04-18

Abstract

Vorrichtung zur Vermessung von Zahnrädern, insbesondere zur Komplettvermessung der Zahnflankentopografie einer Getriebeverzahnung, mit einem Messmittel, das auf einem zu prüfenden Zahnrad abwälzbar ist, mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen des an den Zähnen des zu prüfenden Zahnrades auftretenden Einflankenwälzfehlers und mit einer Auswerteeinrichtung zum Darstellen der Zahnflankentopografie einer Zahnflanke des zu prüfenden Zahnrades aus dem gemessenen Einflankenwälzfehlerverlauf, wobei das Messmittel als Zylinderschnecke ausgebildet ist und wobei die Breite der Zylinderschnecke so gewählt ist, dass die Zylinderschnecke beim Abwälzen von Zylinderschnecke und Zahnrad jeweils nur eine Zahnflanke in einer Zahnlücke berührt. DOLLAR A Verfahren zur Vermessung von Zahnrädern, insbesondere zur Komplettvermessung der Zahnflankentopografie einer Getriebeverzahnung, wobei eine als Messmittel ausgebildete Zylinderschnecke im Eingriff mit einem zu prüfenden Zahnrad so abgewälzt wird, dass sie jeweils nur eine Flankenseite in einer Zahnlücke berührt, und wobei die Zylinderschnecke beim Abwälzen von Zylinderschnecke und Zahnrad jeweils systematisch über Breite und Profil einer Zahnflanke verfahren wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung von Zahnrädern, insbesondere zur Komplettvermessung der Zahnflankentopografie einer Getriebeverzahnung, mit einem Messmittel, das auf einem zu prüfenden Zahnrad abwälzbar ist, mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen des an den Zähnen des zu prüfenden Zahnrades auftretenden Einflankenwälzfehlers, und mit einer Auswerteeinrichtung zum Darstellen der Zahnflankentopografie einer Zahnflanke des zu prüfenden Zahnrades aus dem gemessenen Einflankenwälzfehlerverlauf.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Vermessung von Zahnrädern, insbesondere zur Komplettvermessung der Zahnflankentopografie einer Getriebeverzahnung.

Bei der Herstellung und Qualitätssicherung von Zahnradgetrieben hängt die Einhaltung wichtiger Kenngrößen wie etwa Übersetzungsverhältnis, Tragfähigkeit und Geräuschverhalten von der Fertigungsgenauigkeit der einzelnen miteinander abwälzenden Zahnflanken ab. Daher ist es häufig notwendig, die Verzahnung während des Fertigungsprozesses zu vermessen. Genauen Aufschluss über die Einhaltung der Fertigungstoleranzen bezüglich Form und Lage der Zähne eines Zahnrades gibt nur eine komplette Vermessung der Zahnflankentopografie der einzelnen Zähne.

Eine Methode zur Vermessung von Zahnrädern geht auf die bekannte Einflankenwälzprüfung (DIN 3960) zurück. Dabei werden zwei Zahnräder so gegeneinander abgewälzt, dass jeweils nur die Rechts- bzw. Linksflanken in ständigem Eingriff sind. Aus dem Berührweg kann die Geometrie einer Verzahnung entlang einer Profil- und einer Flankenlinie errechnet werden (Faulstich, Dissertation RWTH Aachen, 1967). Im Gegensatz zur Zweiflankenwälzprüfung ist mit der Einflankenwälzprüfung eine Aussage über Verzahnungsfehler einzelner Zahnflanken möglich.

Ist von einem Zahnradpaar das eine der beiden Zahnräder der Prüfling, das andere ein Messrad, so erhält man durch Vergleich von theoretischem Sollweg mit einem gemessenen Berührweg einen Einflankenwälzfehlerverlauf. Rechte und linke Zahnradflanken werden separat auf diese Weise vermessen. Um die angestrebte topografische Darstellung einer einzelnen Zahnflanke zu erhalten, ist es erstens wichtig, über die Breite der Verzahnung verschiedene, möglichst schmale Berührpfade abzutasten und zweitens Mehrfachkontakte in mehreren Zahnlücken gleichzeitig zu vermeiden. Mit einer diesbezüglich entsprechend ausgebildeten Vorrichtung lassen sich dann die topografischen Abweichungen einer zu prüfenden Zahnflanke gegenüber den Sollwerten mit der gewünschten geometrischen Auflösung ermitteln.

Aus der DE 197 19 249 C1 ist eine Vorrichtung zur Komplettvermessung einer Zahnflankentopografie bekannt. Dabei werden zwei als sogenannte Meisterräder ausgebildete Messräder verwendet, die an den Zahnflanken erhabene radial verlaufende und axial versetzte Messspuren aufweisen. Der Einfluss benachbarter Zähne durch Mehrfachkontakte, d. h. eine Profilüberdeckung < 1, beim Abwälzen, wird dadurch ausgeschlossen, dass jedes Meisterrad in wechselnder Folge mit Mess- und Stützzähnen versehen ist. Zahnrad und Messräder sind auf Wellen angeordnet, die mit Drehwinkelgebern und Drehlageerkennungen ausgestattet sind. Während das eine Meisterrad angetrieben wird und mit der einen Flankenseite abwälzt, wird das zweite Meisterrad gebremst. Zunächst werden alle Rechtsflanken vermessen, anschließend alle Linksflanken. Die Aufspannung der Vorrichtung braucht zwischen beiden Messvorgängen nicht geändert zu werden. Über die Drehwinkelgeber werden in vorgegebenen Impulsschritten die schmalen Messspuren mit den Zahnflanken in mehreren Umläufen abgewälzt, bis alle Kombinationen von Messradzähnen und Prüflingszähnen durchlaufen sind. Aus dem Vergleich des anfangs ermittelten Drehwegs bei abweichungsfreier Verzahnung mit dem gemessenen Istwert folgt ein Drehwegfehler aus dem mit der bekannten Methode der Einflankenwälzprüfung die Geometrie der Zahnflanken ermittelt wird. Über eine spezielle Zuordnungslogik wird, ausgehend von genau definierten Startpunkten, sowie durch Auslesen der Signale der Drehwinkelgeber und der Drehlagenerkennungen, eine Vielzahl von Messpositionen den entsprechenden Punkten auf den Zahnflanken des Prüflings zugeordnet. Daraus ergibt sich ein dreidimensionales Abweichungsmessgitter, das über ein Grafikmodul der Auswerteeinrichtung dargestellt wird. Auf diese Weise ist eine genaue Analyse der einzelnen Verzahnungsfehler, wie etwa Zahnrichtungswinkelabweichungen, Profilwinkelabweichungen, und Balligkeiten, möglich.

Die bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass die Fertigung der Meisterräder aufgrund der Abfolge von Stütz- und Messzähnen, sowie aufgrund der sich aus den Messspuren ergebenden komplizierten Geometrie, sehr aufwendig ist.

Aus der DE 195 19 429 C1 ist eine Vorrichtung zur Komplettvermessung einer Zahnflankentopografie bekannt, die auf dem gleichen Messprinzip wie es in der DE 197 19 249 C1 beschrieben ist, beruht. Bei dieser Vorrichtung wird jedoch anstelle von je einem Meisterrad für jede Zahnflankenseite, nur ein Meisterrad verwendet, sodass die Vorrichtung zwischen der Vermessung der rechten und der linken Zahnflankenseite neu aufgespannt und justiert wird. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung ebenso die aufwendige Fertigung des Meisterrades.

Aus der DE 40 12 967 A1 ist ein Vorrichtung zur Kontrolle von Fertigungsungenauigkeiten an Zahnrädern bekannt. Hierbei wird ein zu prüfendes Zahnrad mit einer Schnecke im Eingriff abgewälzt. Die Messvorrichtung wird mit einer speziellen Justiereinrichtung so eingestellt, dass bei Überschreitung vorgegebener Fertigungstoleranzen bzgl. Zahndicke und Zahnabstand des Prüflings, Warnlampen aufleuchten. Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass eine genaue Vermessung der Zahnflankentopografie nicht möglich ist, da nur die Einhaltung bestimmter Grenzwerte überprüft werden kann.

Aus der US 3 044 176 ist eine Vorrichtung zum Testen von Zahnprofil, Zahnabstand, Steigung und Konzentrizität von Verzahnungen bekannt, bei der zwei Zylinderschnecken mit gegenläufigen Gewinden im Eingriff mit einem zu testenden Zahnrad abgewälzt werden. Dabei ist die eine Schnecke auf einer festen Achse, die andere auf einer beweglichen Achse angeordnet. Die eine Schnecke wird mit einer Kurbel angetrieben und treibt gleichzeitig über ein Zahnradgetriebe die zweite Schnecke an. Beide Schnecken sind mit derselben einen Flankenseite in Kontakt. Treten beim Abwälzen Unregelmäßigkeiten in der Verzahnung auf, verschiebt sich die bewegliche Achse, um diese Ungenauigkeit zu kompensieren. Die Verschiebung wird über eine Messuhr angezeigt. Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass die Schnecke beim Abwälzvorgang in mehreren Zahnlücken gleichzeitig Berührungspunkte aufweist, was zu einer Überlagerung der Ungenauigkeiten mehrerer Zahnlücken führt. Die verschiedenen auftretenden Verzahnungsfehler können nur schwer separiert werden. Eine topografische Auflösung über die Breite der Verzahnung ist nicht möglich. Diese Vorrichtung ist damit für eine komplette Topografievermessung einer Zahnflanke nicht geeignet.

Aus der US 2 821 025 ist eine Vorrichtung zum Vermessen von Zahnrädern bekannt, bei der eine Schnecke mit ausgebildeten Oberflächenpartien mit einem zu prüfenden Zahnrad in Eingriff gebracht wird. Der Prüfling befindet ich auf einem beweglichen Arm. Bei Unregelmäßigkeiten beim Abwälzen ändert sich der relative Abstand der Mittelpunkte von Schnecke und Zahnrad. Dabei werden gleichzeitig beide Zahnflanken berührt. Über eine Messuhr wird die Verschiebung angezeigt. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass zwar Unregelmäßigkeiten in einer Verzahnung feststellbar sind, eine topografische Vermessung einer einzelnen Zahnflanke jedoch nicht möglich ist. Nachteilig ist auch, dass die Herstellung der speziellen Schnecke mit ausgebildeten Oberflächenpartien sehr aufwendig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Komplettvermessung einer Zahnflankentopografie so zu verbessern, dass sie einfach hergestellt werden kann und kostengünstig ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Messmittel als Zylinderschnecke ausgebildet ist, und dass die Breite der Zylinderschnecke so gewählt ist, dass die Zylinderschnecke beim Abwälzen von Zylinderschnecke und Zahnrad jeweils nur eine Zahnflanke in einer Zahnlücke berührt.

Eine Zylinderschnecke ist gegenüber einem Meisterrad mit geringerem Aufwand herstellbar. Zudem kann sie bei gleichen Bezugsprofilen der zu vermessenden Verzahnungen universeller eingesetzt werden. Dadurch können die Messmittelkosten bei der Herstellung von Getriebeverzahnungen deutlich gesenkt werden. Durch die verringerte Breite gegenüber herkömmlichen Zylinderschnecken wird ein gleichzeitiger Kontakt in mehreren Zahnlücken vermieden und damit eine gegenseitige Beeinflussung der Messergebnisse benachbarter Zahnflanken ausgeschlossen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Zylinderschnecke einen Axialvorschub aus. Durch axiales Versetzen der Zylinderschnecke können verschiedene Berührwege über die gesamte Breite der Verzahnung abgetastet werden, um eine vollständige Topografie der Zahnflanke über die Breite zu erhalten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Auflösung in axialer Verschiebungsrichtung der Zylinderschnecke variierbar. Durch eine frei wählbare Auflösung in axialer Richtung kann eine vorgebbare Anzahl von Berührwegen über die Breite der Verzahnung abgetastet werden, um ein topografisches Abweichungsgitter einer Zahnflanke mit einer gewünschten Genauigkeit zu erhalten. Durch die Wahl der Auflösung kann auch die Messzeit beeinflusst werden. Die variierbare Auflösung ermöglicht auch das gezielte Anfahren von bestimmten Zahnflankenpositionen, die im Detail untersucht werden sollen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zylinderschnecke linear in Profilrichtung verschiebbar. Diese Shiftbewegung ermöglicht die Vermessung des gesamten Profilbereichs, bei verringerter Breite der Zylinderschnecke.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Auflösung der Verschiebung entlang der Profilrichtung variierbar. Dadurch kann die Vermessung des Zahnflankenprofils einer zu prüfenden Verzahnung mit einer vorgebbaren Genauigkeit erfolgen, um auch minimale lokale Abweichungen entlang einer Profillinie zu erkennen. Falls ausreichend, kann durch Wahl einer geringeren Auflösung die Messzeit verkürzt werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zylinderschnecke evolventisch ausgebildet. Eine Evolventen-Zylinderschnecke ist besonders für die Vermessung evolventischer Stirnräder, wie sie hauptsächlich in Getriebeverzahnungen von Kraftfahrzeugen verwendet werden, geeignet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kontakt zwischen Zylinderschnecke und zu prüfender Verzahnung an jedem Messpunkt jeweils punktförmig. Dadurch kann ein topografisches Punktgitter einer Zahnflankenabweichung mit hoher räumlicher Auflösung erreicht werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für jede Zahnflankenseite eine Zylinderschnecke vorgesehen. Dies ermöglicht, die Vorrichtung derart auszugestalten, dass in einer Aufspannung die rechte und die linke Zahnflankenseite vermessen werden kann.

Die bekannten Verfahren zur Komplettvermessung einer Zahnflankentopografie haben den Nachteil, dass sie nicht kostengünstig sind.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem eine Komplettvermessung einer Zahnflankentopografie kostengünstig wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 9 dadurch gelöst, dass eine als Messmittel ausgebildete Zylinderschnecke im Eingriff mit einer zu prüfenden Verzahnung so abgewälzt wird, dass sie jeweils nur eine Flankenseite in einer Zahnlücke berührt, und dass die Zylinderschnecke beim Abwälzen von Zylinderschnecke und Verzahnung jeweils systematisch über Breite und Profil einer Zahnflanke verfahren wird.

Durch das systematische Abfahren einer Zahnflanke über Breite und Profil mit einer Zylinderschnecke nach obiger Vorrichtung, lässt sich ohne die Verwendung eines kostspieligen Meisterrades, eine komplette topografische Vermessung einer Zahnflanke nach der Methode der Einflankenwälzprüfung, durchführen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Komplettvermessung von Getriebeverzahnungen,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Zahnflanke, und

Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt einer Zylinderschnecke im Eingriff mit einem zu prüfenden Zahnrad.

Eine Vorrichtung zur Komplettvermessung einer Getriebeverzahnung besteht im wesentlichen aus einer Zylinderschnecke 6, die mit einem zu prüfenden Zahnrad 1 abgewälzt wird, einer Messeinrichtung 2 zum Aufzeichnen des Einflankenwälzfehlers des zu prüfenden Zahnrades 1, und einer Auswerteeinrichtung 3 zum Darstellen der Zahnflankentopografie einer Zahnflanke 4.

Die Zylinderschnecke 6 ist axial über die Breite der Zahnflanke 4 verschiebbar, sowie in Profilrichtung 10 linear verschiebbar. Die Zylinderschnecke 6 weist eine Breite 7 auf, so dass immer gerade nur Kontakt in einer Zahnlücke 14 stattfindet. Der aufgrund der verringerten Breite 7 (gegenüber einer herkömmlichen Zylinderschnecke) fehlende Messbereich in Profilrichtung wird sichergestellt, indem die Zylinderschnecke 6 durch eine Verschiebebewegung 10 in einen weiteren Wälzbereich der Zahnflanke 4 gebracht wird. Der momentane Kontakt von Schnecke 6 und Zahnrad 1 ist jeweils punktförmig 8. Beim Durchwälzen wird so ein Berührweg 11 abgefahren. Durch axiales Verschieben 9 der Zylinderschnecke 6 werden weitere Berührwege, z. B. 12 und 13, über die gesamte Breite eines Zahnes 5 abgefahren und eine Komplettvermessung ermöglicht.

Ein Verfahren zur Komplettvermessung der Zahnflankentopografie einer Getriebeverzahnung beruht im wesentlichen darauf, dass eine Zylinderschnecke 6 mit einem zu prüfenden Zahnrad 1 systematisch über Breite und Profil der Zahnflanken 4 abgewälzt wird, und dass dabei jeweils nur Kontakt an einer Zahnflanke 4 einer Zahnlücke 14 besteht.

Ausgehend von einer definierten Startposition werden mit der Messeinrichtung 2, die mit Positionsgebern und Positionssensoren (nicht dargestellt) ausgebildet ist, nach einer vorgegebenen Systematik an allen Zahnflanken 4 des zu untersuchenden Zahnrades 1 die Einflankenwälzfehler, d. h. die Abweichungen gegenüber dem bekannten Kontaktweg bei abweichungsfreier Verzahnung, gemessen. Aus diesem Einflankenwälzfehlerverlauf ermittelt die Auswerteeinrichtung 3 dann nach der bekannten Methode der Einflankenwälzprüfung mit einer speziellen Zuordnungslogik ein topografisches Abweichungsgitter für jede Zahnflanke 4 und gibt die Daten numerisch und grafisch auf einem angeschlossenen Ausgabegerät der Auswerteeinrichtung 3, aus. Damit können alle für eine Getriebeverzahnung wichtigen Verzahnungsfehler festgestellt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

zu prüfendes Zahnrad

2

Messeinrichtung

3

Auswerteeinrichtung

4

Zahnflanke

5

Zahn

6

Zylinderschnecke

7

Breite der Zylinderschnecke

6

8

Messpunkt

9

Richtung der axialen Verschiebung der Zylinderschnecke

6

10

Richtung der linearen Verschiebung der Zylinderschnecke

6

11

Erster Berührweg

12

Zweiter Berührweg

13

Dritter Berührweg

14

Zahnlücke

Claims

1. Vorrichtung zur Vermessung von Zahnrädern, insbesondere zur Komplettvermessung der Zahnflankentopografie einer Getriebeverzahnung, mit einem Messmittel, das auf einem zu prüfenden Zahnrad (1) abwälzbar ist, mit einer Messeinrichtung (2) zum Bestimmen des an den Zähnen (5) des zu prüfenden Zahnrades (1) auftretenden Einflankenwälzfehlers, und mit einer Auswerteeinrichtung (3) zum Darstellen der Zahnflankentopografie einer Zahnflanke (4) des zu prüfenden Zahnrades (1) aus dem gemessenen Einflankenwälzfehlerverlauf, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel als Zylinderschnecke (6) ausgebildet ist, und dass die Breite (7) der Zylinderschnecke (6) so gewählt ist, dass die Zylinderschnecke (6) beim Abwälzen von Zylinderschnecke (6) und Zahnrad (1) jeweils nur eine Zahnflanke (4) in einer Zahnlücke (14) berührt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderschnecke (6) über die gesamte Breite einer Zahnflanke (4) eines zu prüfenden Zahnrades (1) in axialer Richtung (9) verschiebbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verschiebung (9) der Zylinderschnecke (6) mit einer vorgebbaren Auflösung variierbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderschnecke (6) in der Profilrichtung (10) eines Zahnes (5) eines zu prüfenden Zahnrades (1) linear verschiebbar gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Verschiebung der Zylinderschnecke (6) in Profilrichtung (10) mit einer vorgebbaren Auflösung variierbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderschnecke (6) evolventisch ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührung zwischen Zylinderschnecke (6) und zu prüfendem Zahnrad (1) an jeder Messposition (8) jeweils punktförmig ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die linken und rechten Zahnflanken des zu prüfenden Zahnrades (1) jeweils eine Zylinderschnecke (6) vorgesehen ist.

9. Verfahren zur Vermessung von Zahnrädern, insbesondere zur Komplettvermessung der Zahnflankentopografie einer Getriebeverzahnung, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Messmittel ausgebildete Zylinderschnecke (6) im Eingriff mit einem zu prüfenden Zahnrad (1) so abgewälzt wird, dass sie jeweils nur eine Flankenseite in einer Zahnlücke (14) berührt, und dass die Zylinderschnecke (6) beim Abwälzen von Zylinderschnecke (6) und Zahnrad (5) jeweils systematisch über Breite und Profil einer Zahnflanke (4) verfahren wird.