DE102012220065B4

DE102012220065B4 - Messvorrichtung für Zahnräder

Info

Publication number: DE102012220065B4
Application number: DE201210220065
Authority: DE
Inventors: Franz Pfleger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: DE102012220065A1

Abstract

Vorrichtung (10) zum Vermessen eines Zahnrads (14), mit einem drehbar gelagerten Exzenter (22), einem Meisterrad (12), wobei das Meisterrad (12) oder das Zahnrad (14) drehbar auf dem Exzenter (22) gelagert ist, wobei durch Verdrehen des Exzenters (22) der Achsabstand von Meisterrad (12) und zu messendem Zahnrad (14) verstellbar ist und ein Drehlager (18) zwischen Exzenter (22) und Meisterrad (12) oder Exzenter (22) und Zahnrad (14) angeordnet ist, und wobei zwischen Drehlager (18) und Exzenter (22) ein Zwischenelement (20) vorhanden ist, auf dem das Drehlager (18) sitzt und das eine exzentrisch zu seiner Mittelachse angeordnete Ausnehmung zur Aufnahme des Exzenters (22) hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen von Zahnrädern. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen von Zahnrädern. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebes.
Um ein Klemmen der Verzahnung und damit ein Blockieren von Getrieben zu vermeiden, werden Zahnräder mit negativem Abmaß gefertigt. Dadurch werden Fertigungsfehler an Zahnflanke, Zahnrad und Gehäuse kompensiert, und zwischen den Zahnflanken stellt sich Drehspiel ein.
In 1 ist das Auftreten von Drehspiel im Stand der Technik anhand eines Zahnradpaares, hier eines Stirnradpaares, dargestellt. Das Zahnrad 100 treibt ein Zahnrad 102 in Laufrichtung A an. Dabei entsteht zwischen den vorderen Zahnflanken der Zähne des angetriebenen Zahnrads 102 und den rückwärtigen Flanken der vorhergehenden Zähne des treibenden Zahnrads 100 ein Zwischenraum 104. Dieser Zwischenraum 104 wird als Drehspiel bezeichnet und begünstigt bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor Schwingungen der beiden in Kontakt stehenden Zahnräder, die im Allgemeinen als Getrieberasseln wahrgenommen werden. Dabei gilt, dass das Getrieberasseln mit der Größe des Drehspiels zunimmt.
Um dem Getrieberasseln entgegenzuwirken, ist es daher zweckmäßig, das Drehspiel so gering wie möglich zu halten. Hierzu werden die Zahnräder während der Montage zueinander gepaart, sodass sich ein Zahnradpaar mit möglichst geringem Spiel ergibt. Anschließend werden üblicherweise zwei Zahnräder als Paar montiert, das resultierende Drehspiel der Zahnräder gemessen und eines der Zahnräder durch ein anderes, passenderes Zahnrad ausgetauscht, sodass sich ein drehspieloptimiertes Zahnradpaar bildet. Dadurch, dass die Zahnräder erst während der Montage gepaart werden und hierzu Montage und Austausch vonnöten sind, ist das bislang übliche Verfahren kompliziert und aufwendig.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Vermessen von Zahnrädern bekannt. So zeigt die den nächstkommenden Stand der Technik bildende US 2 726 456 A eine Vorrichtung zum Vermessen eines Zahnrads, bei dem verschiedene Meisterräder drehbar auf einem, auf einer Achse sitzenden exzentrischen Rohr angeordnet sind. Die Exzentrizität der verschiedenen Meisterräder ist dabei um jeweils 90° versetzt, sodass durch Rotation der Achse und des Rohres das gewünschte Meisterrad an das zu messende Zahnrad herangeführt werden kann.
Die US 1 483 419 A zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zum Vermessen eines Zahnrads, wobei die Achse, auf der das Meisterrad gelagert ist, einen exzentrischen Abschnitt aufweist. Auf diesem exzentrischen Abschnitt ist das Meisterrad drehbar gelagert, sodass durch Verdrehung der Achse der Achsabstand zwischen dem zu messendem Zahnrad und dem Meisterrad bestimmt werden kann.
Die DE 195 05 208 A1 offenbart ein Messgerät zum Messen des Bohrungsdurchmessers und des Verzahnungsrundlaufes eines Zahnrads, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die wenigstens einen festen Messpunkt und einen beweglichen Messtaster aufweist, die mit einer Messeinrichtung verbunden sind.
Die US 4 488 359 A offenbart ebenfalls eine Vorrichtung zum Vermessen eines Zahnrads, wobei das Meisterrad sowie das zu messende Zahnrad konzentrisch auf zugehörigen Achsen bzw. Wellen angeordnet sind und die Messung des Achsabstandes elektrisch erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Paarung der Zahnräder zu drehspieloptimierten Zahnradpaaren zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Vermessen von Zahnrädern nach Anspruch 1. Dabei ist das Meisterrad oder das Zahnrad drehbar auf dem Exzenter gelagert. Durch Verdrehen des Exzenters ist der Achsabstand von Meisterrad und zu messendem Zahnrad verstellbar. Dadurch kann die Toleranzlage der Zahnräder ermittelt werden, sodass bereits vor der Montage die Zahnräder in drehspieloptimierte Zahnradpaare eingeteilt werden können. Ferner ist durch diese Anordnung eine dynamische Vermessung des zu messenden Zahnrads möglich, und Rundlauffehler können somit ebenfalls erfasst werden. Zudem ist die Verstellbarkeit des Achsabstandes zwischen Meisterrad und zu messendem Zahnrad gewährleistet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Drehlager ein Wälzlager. Natürlich kann auch ein Gleitlager verwendet werden.
Ferner kann bei einer statischen Messung das Drehlager starr sein, das heißt unter Umständen auch entfallen.
Vorzugsweise ist das Drehlager spielfrei, um eine exakte dynamische Messung zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sensor zur Bestimmung des Drehwinkels des Exzenters bei einer Achsverlagerung des Meisterrads beziehungsweise des Zahnrads vorgesehen, wodurch eine präzise elektronische Vermessung des zu messenden Zahnrads ermöglicht wird.
Beispielsweise ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die den Exzenter mit einem vorbestimmten Drehmoment oder einer vorbestimmten Vorspannkraft während des Messvorgangs beaufschlagt, wodurch reproduzierbare Messbedingungen ermöglicht werden. Die Vorspanneinrichtung sorgt dafür, dass kein Spiel vorhanden ist und die beiden Zahnräder immer vollständig miteinander kämmen.
Ferner ist einer Halterung für das zu messende Zahnrad und/oder den Exzenter vorgesehen, wobei eine oder beide Halterungen auch die Originalwellen des mit dem zu vermessenden Zahnrad bestückten Originalgetriebes sein kann bzw. können. Das heißt, es wird für jedes herzustellende Getriebe am Getriebe selbst eine Messung für die optimierte Zahnradpaarung durchgeführt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Vermessen eines Zahnrads, gekennzeichnet durch die Schritte: Anbringen eines zu messenden Zahnrads auf der Halterung, Bewegen des Meisterrads zum Zahnrad durch Drehen des Exzenters bis zum Herstellen des Kontaktes zwischen Meisterrad und Zahnrad, sodass Meisterrad und Zahnrad umfangsmäßig spielfrei miteinander kämmen, und Bestimmen des Verdrehwinkels des Exzenters. Dieses Verfahren ermöglicht das präzise Vermessen von Zahnrädern vor ihrer Montage und vereinfacht somit die Auswahl eines Zahnradpaares mit geringem Drehspiel.
Vorzugsweise kämmen und rotieren zur Erfassung von Rundlauffehlern des Zahnrads das Meisterrad und das Zahnrad miteinander. Die Verdrehung des Exzenters wird aufgrund des Rundlauffehlers des Zahnrads während der Rotation bestimmt. Durch diese dynamische Messung ist die Erfassung von Rundlauffehlern des zu vermessenden Zahnrads möglich.
Besonders bevorzugt wird das Meisterrad mit einer vorgegebenen Zustellkraft gegen das Zahnrad bewegt und insbesondere während des Messvorgangs permanent gegen das Zahnrad gedrückt, wodurch reproduzierbare Messbedingungen bei der Verdrehung der Zahnräder zueinander gewährleistet werden.
Die Halterung für das zu vermessende Zahnrad als auch für das Meisterrad kann/können die Originalwellen des Getriebes, das hergestellt wird und das zu vermessende Zahnrad aufweist, sein, d. h. der Exzenter und das Meisterrad werden am herzustellenden Getriebe und deren Wellen temporär angesetzt. Damit läßt sich auch der tatsächliche Abstand der Originalwellen mit erfassen. Die Originalwelle des das Zahnrad aufweisenden Getriebes ist und das Verfahren am Originalgetriebe selbst stattfindet Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zum Herstellen eines Getriebes mit miteinander kämmenden Zahnrädern die zu verbauenden Zahnräder vermessen, Paarungsklassen zugeordnet und die Zahnräder von entsprechend aufeinander abgestimmten Paarungsklassen ausgewählt und miteinander verbaut. Hierdurch wird die Montage des Getriebes vereinfacht und verkürzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Veranschaulichung des Drehspiels zweier ineinandergreifender Stirnräder bei einer Messvorrichtung nach dem Stand der Technik, und
2 stilisiert eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
In 2 ist eine Vorrichtung 10 zum Vermessen eines Zahnrads, mit einem Meisterrad 12, dessen Dimensionen exakt vermessen sind und das als Referenz für die Messung dient, und einem zu vermessenden Zahnrad 14 gezeigt. Vorzugsweise sind die Zahnräder Stirnräder.
Das zu vermessende Zahnrad 14 ist an einer Halterung 16 angebracht, hingegen sitzt das Meisterrad 12 mittels eines spielfreien Drehlagers 18 auf einem hülsenartigen Zwischenelement 20 auf.
Das Zwischenelement 20 weist im Querschnitt einen kreisförmigen Außenumfang auf, der am Drehlager anliegt, sowie eine Ausnehmung, die ebenfalls kreisförmig ausgebildet ist.
In der Ausnehmung des Zwischenelements 20 ist ein Exzenter 22 angeordnet, der auf einer Halterung 24 des Meisterrads sitzt.
Der Exzenter 22 weist im Querschnitt in Bezug zur Mittelachse der Halterung 24 eine exzentrische Form auf. Die Halterung 24 des Meisterrads kann auch als Welle und/oder einstückig mit dem Exzenter 22 ausgeführt sein.
Das Meisterrad 12 ist durch das Drehlager 18 in Umfangsrichtung spielfrei gelagert.
In radialer Richtung ist das Meisterrad 12 durch den Exzenter 22 beweglich, sodass die Rotationsachse des Meisterrads 12 gegenüber der Mittelachse der Halterung 24 des Meisterrads 12 verschiebbar ist. Diese Verschiebung ist stufenlos und wird durch das Zusammenspiel von Exzenter 22 und Zwischenelement 20 ermöglicht. Hierzu verdreht sich der Exzenter 22 gegenüber dem Zwischenelement 20 und verschiebt durch seinen exzentrischen Außenumfang das Zwischenelement 20 und damit auch das Meisterrad 12 seitlich.
Dabei kann aus dem Drehwinkel zwischen Exzenter 22 und Zwischenelement 20 auf die Position der Mittelachse des Meisterrads 12 zur Mittelachse der Halterung 24 des Meisterrads 12 und damit auch zur Halterung 16 des zu vermessenden Zahnrads geschlossen werden.
Zur Vermessung eines Zahnrads wird das zu vermessende Zahnrad 14 auf die Halterung 16 aufgesetzt. Hierbei befindet sich das Meisterrad 12 in einer Position, in der es das zu vermessende Zahnrad 14 nicht berührt. Zur Messung wird nun das Meisterrad 12 durch Verdrehung des Exzenters 22 zum zu vermessenden Zahnrad 14 hin bewegt. Die dazu notwendige Zustellkraft wird durch eine Vorspanneinrichtung (nicht gezeigt) aufgebracht, die den Exzenter 22 mit einem Drehmoment beaufschlagt, das diesen in Richtung seiner Drehrichtung spannt und zu einem geringeren Achsabstandes zwischen Meisterrad 12 und zu messendem Zahnrad 14 führt.
Haben sich die beiden Achsen der Zahnräder so weit angenähert, dass die beiden Zahnräder umfangsmäßig spielfrei ineinander greifen, wird der Verdrehwinkel des Exzenters 22 gegenüber dem Zwischenelement 20 bestimmt, sodass auf die Lage des Meisterrads 12 und auf den Achsabstand Meisterrad 12 und zu messendem Zahnrad 14 geschlossen werden kann.
Zur dynamischen Messung und zur Erfassung von Rundlauffehlern werden anschließend die beiden Zahnräder in Rotation versetzt, sodass sie miteinander kämmen. Dabei wird das Meisterrad 12 mit einer vorgegebenen Zustellkraft gegen das zu vermessende Zahnrad 14 gedrückt, damit jederzeit die beiden Zahnräder ohne Drehspiel kämmen. Hierbei wird die Zustellkraft über eine Kraftmessung oder ein mechanisch arbeitendes Feder-Ratschensystem (nicht gezeigt), durch welches ein vorbestimmtes Drehmoment auf den Exzenter 22 ausgeübt wird, geregelt.
Während der Rotation wird der Verdrehwinkel des Exzenters 22 in Abhängigkeit des Rotationswinkels des Meisterrads 12 und/oder Zahnrads 14 protokolliert, sodass die Toleranzlagen und der Rundlauffehler des zu vermessenden Zahnrads 14 bestimmt werden können. Das zu vermessende Zahnrad 14 wird daraufhin aufgrund der Messwerte einer Paarungsklasse zugeordnet und mit einem Zahnrad einer entsprechend aufeinander abgestimmten weiteren Paarungsklasse verbaut.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die hier dargestellte Ausführungsform beschränkt. So kann beispielsweise die Verschiebung der Mittelachse des Meisterrads 12 auch durch eine exzentrische Ausnehmung des Zwischenelements 20 bei gleichzeitig konzentrischem Außenumfang des Exzenters 22 verursacht werden. Ebenso ist eine Kombination von einer exzentrischen Ausnehmung des Zwischenelements 20 und einem exzentrischen Außenumfang des Exzenters 22 möglich.
Ebenso kann der Exzenter 22, das Zwischenelement 20 und auch das Drehlager 18 auf der Halterung 16 des zu vermessenden Zahnrads 14 angeordnet sein, was ebenso zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 führt. Dabei ist ein Drehlager 18 ausreichend.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, an einer Messapparatur angewandt zu werden. Vielmehr ist es auch möglich, die Zahnradpaarungen mit den geeigneten Zahnrädern am Originalgetriebe vorzunehmen. Bei dieser Ausführungsform wird der Exzenter und das Meisterrad an den Wellen oder einer Welle des Originalgetriebes angebracht und eines oder beide Zahnräder vermessen, die auch im Getriebe eingebaut werden. Eine oder beide Halterungen werden durch die Originalwellen des Originalgetriebes gebildet, wodurch der mit Toleranzen versehene Wellenabstand mit in die Messung eingeht oder auch exakt bestimmt werden kann.
Ferner kann bei einer statischen Messung das Drehlager 18 starr sein, d. h. u. U. auch entfallen.

Claims

Vorrichtung (10) zum Vermessen eines Zahnrads (14), mit einem drehbar gelagerten Exzenter (22), einem Meisterrad (12), wobei das Meisterrad (12) oder das Zahnrad (14) drehbar auf dem Exzenter (22) gelagert ist, wobei durch Verdrehen des Exzenters (22) der Achsabstand von Meisterrad (12) und zu messendem Zahnrad (14) verstellbar ist und ein Drehlager (18) zwischen Exzenter (22) und Meisterrad (12) oder Exzenter (22) und Zahnrad (14) angeordnet ist, und wobei zwischen Drehlager (18) und Exzenter (22) ein Zwischenelement (20) vorhanden ist, auf dem das Drehlager (18) sitzt und das eine exzentrisch zu seiner Mittelachse angeordnete Ausnehmung zur Aufnahme des Exzenters (22) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (18) ein Wälzlager ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (18) spielfrei ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Bestimmung des Drehwinkels des Exzenters (22) bei einer Achsverlagerung des Meisterrads (12) oder des Zahnrads (14) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die den Exzenter (22) mit einem vorbestimmten Drehmoment während eines Messvorgangs beaufschlagt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung (16) für das zu messende Zahnrad (14) vorgesehen ist, auf der das Zahnrad (14) sitzt.
Verfahren zum Vermessen eines Zahnrads (14) mittels einer Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Anbringen eines zu messenden Zahnrads (14) auf einer Halterung (16), Bewegen eines Meisterrads (12) zum Zahnrad (14) durch Drehen eines Exzenters (22) bis zum Herstellen des Kontaktes zwischen Meisterrad (12) und Zahnrad (14), sodass Meisterrad (12) und Zahnrad (14) umfangsmäßig spielfrei miteinander kämmen, und Bestimmen des Verdrehwinkels des Exzenters (22).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Rundlauffehlern des Zahnrads (14) das Meisterrad (12) und das Zahnrad (14) miteinander kämmen und rotieren und die Verdrehung des Exzenters (22) aufgrund des Rundlauffehlers des Zahnrads (14) während der Rotation bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Meisterrad (12) mit einer vorgegebenen Zustellkraft gegen das Zahnrad (14) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Meisterrad (12) während eines Messvorgangs permanent gegen das Zahnrad (14) drückt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) eine Originalwelle eines das Zahnrad (14) aufweisenden Originalgetriebes ist und das Verfahren am Originalgetriebe selbst stattfindet.
Verfahren zum Herstellen eines Getriebes mit miteinander kämmenden Zahnrädern, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Zahnräder (14) werden durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 vermessen und Paarungsklassen zugeordnet, und Zahnräder (14) von entsprechend aufeinander abgestimmten Paarungsklassen werden ausgewählt und miteinander verbaut.