DE102019115310B4

DE102019115310B4 - Prüfvorrichtung und Prüfverfahren zum Prüfen eines Prüfzahnrades und Messdorn zur Verwendung in der Prüfvorrichtung

Info

Publication number: DE102019115310B4
Application number: DE102019115310.7A
Authority: DE
Inventors: Helmut Eisele
Original assignee: Philipp Hafner & Co KG GmbH
Current assignee: Philipp Hafner & Co KG GmbH
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2039-06-07
Also published as: DE102019115310A1

Abstract

Prüfvorrichtung (10) zum Prüfen eines Prüfzahnrades (14), umfassend:
a) einen Messdorn (12) mit einer Längsachse x₂ und einem Aufnahmeabschnitt (16) zur rotierbaren Aufnahme des Prüfzahnrades (14); und
b) ein Antriebszahnrad (28), das dazu eingerichtet ist, das Prüfzahnrad (14) um den Messdorn (12) in eine Rotationsbewegung anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass
c) ein Bereich (18) des Aufnahmeabschnitts ballig geformt ist, um Kippbewegungen des Prüfzahnrads (14) gegenüber der Längsachse x₂ des Messdorns (12) zuzulassen, wobei das Prüfzahnrad (14) an dem ballig geformten Bereich (18) anliegt, und
d) an dem Aufnahmeabschnitt (16) des Messdorns (12) ein Messtaster (20-25) zum Messen der Kippbewegungen des Prüfzahnrades (14) während dessen Rotationsbewegung angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren zum Prüfen eines Prüfzahnrades. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Messdorn zur Verwendung in einer Prüfvorrichtung zum Prüfen eines Prüfzahnrades.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zahnräder, die zur Kraftübertragung in Getrieben eingesetzt werden, müssen in der Herstellung hohe Toleranzanforderungen erfüllen. Dies liegt zum einen daran, dass Zahnräder im Betrieb hohen Drehzahlen und hohen Übertragungskräften ausgesetzt sind, die bei Toleranzabweichungen der Zahnräder zu unerwünschten Geräusch- und Vibrationsentwicklungen der Zahnräder, auch NVH (noise vibration harshness) genannt, führen kann.
Zum anderen führen Toleranzabweichungen der Zahnräder zu einem erhöhten Verschleiß und zu einem potenziellen Versagen des Bauteils.
Deshalb werden nach der Herstellung der genannten Zahnräder Prüfverfahren durchgeführt, die eine Einhaltung der geforderten Fertigungstoleranzen prüfen sollen. Häufig werden dabei unter anderem sogenannte Einflanken- oder Zweiflankenwälzprüfungen des Zahnrades durchgeführt, bei der die Maß- und Formhaltigkeit der Zahnräder überprüft werden.
Die Prüfvorrichtung zur Einflanken- bzw. Zweiflankenwälzprüfung umfasst ein zu prüfendes Prüfzahnrad, auch Prüfling genannt, und ein Lehrzahnrad, auch Master genannt, wobei diese beiden Zahnräder an zwei verschiedenen voneinander beabstandeten Aufnahmen rotierbar aufgenommen sind. Eine der Aufnahmen weist eine feste Lagerung auf, wohingegen die zweite Aufnahme gegenüber dieser schwimmend unter einer Vorspannung gelagert ist.
Beim Prüfverfahren wälzen das Prüfzahnrad und das Lehrzahnrad spielfrei gegeneinander ab. Während des spielfreien Abwälzens der beiden Zahnräder wird der Achsabstand zwischen dem Prüfzahnrad und dem Lehrzahnrad gemessen. Bei einem einwandfreien Prüfzahnrad bleibt der Achsabstand zwischen den Drehachsen der beiden Zahnräder im Wesentlichen konstant während des Messverfahrens. Ein schwankender Achsabstand deutet auf Unregelmäßigkeiten des Prüfzahnrads hin.
Nachteilig an diesem Messverfahren ist jedoch, dass aus den Prüfergebnissen keine Aussage zu möglichen Toleranzabweichungen der Flankenlinie des Prüfzahnrads, insbesondere des Flankenlinienwinkels, getroffen werden kann. Demzufolge muss bisher zusätzlich zu der oben beschriebenen Einflanken- und Zweiflankenwälzprüfung die Flankenlinie mittels taktiler Messtechnik gemessen werden, um ein Einhalten der Toleranzen der Flankenlinie zu kontrollieren.
Aus der US 3,115,712 A ist jedoch eine Zahnradprüfvorrichtung bekannt, bei der eine Aufnahmehülse, auf welcher das Master-Zahnrad drehbar gelagert ist, selbst über ein im Inneren der Hülse liegendes Kugelkalottenlager derart gelagert ist, dass die Aufnahmehülse Kippbewegungen ausführen kann.
Auch aus der DE 101 40 103 C1 ist eine Zahnradprüfvorrichtung bekannt, bei der eine Hülse, auf welcher das Master-Zahnrad drehbar gelagert ist, Kippbewegungen ausführen kann. Dort weist die Hülse in ihrem Inneren eine Innenkegelfläche auf, die einer Kugel anliegt und über eine Feder vorgespannt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, eine Prüfvorrichtung sowie einen Messdorn eingangs genannter Art anzugeben, welche das Prüfen demgegenüber vereinfacht und dadurch unter anderem eine höhere Werkstückqualität von Prüfzahnrädern ermöglicht.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein entsprechendes Verfahren zum Prüfen von Zahnrädern anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Prüfvorrichtung zum Prüfen eines Prüfzahnrades, umfassend:

a) einen Messdorn mit einer Längsachse und einem Aufnahmeabschnitt zur rotierbaren Aufnahme des Prüfzahnrades; und
b) ein Antriebszahnrad, das dazu eingerichtet ist, das Prüfzahnrad um den Messdorn in eine Rotationsbewegung anzutreiben.

Erfindungsgemäß ist dabei ein Bereich des Aufnahmeabschnitts ballig geformt, um Kippbewegungen des Prüfzahnrads gegenüber der Längsachse des Messdorns zuzulassen, wobei das Prüfzahnrad an dem ballig geformten Bereich anliegt. Des Weiteren ist an dem Aufnahmeabschnitt des Messdorns ein Messtaster zum Messen der Kippbewegungen des Prüfzahnrades während dessen Rotationsbewegung angeordnet.
Die Erfinder haben erkannt, dass die im Stand der Technik bekannten Prüfvorrichtungen zum Durchführen eines Einflanken- oder eines Zweiflankenwälzverfahrens Nachteile aufweisen. Diese liegen vor allem darin, dass beim Flankenwälzverfahren lediglich der Achsabstand zwischen den Aufnahmeachsen des Prüfzahnrads und des Lehrzahnrads über den Drehwinkel des Prüfzahnrads als Messgröße gemessen wird, um Rundlauffehler des Prüfzahnrads zu detektieren. Aus dem gemessenen Achsabstand lässt sich jedoch keine Aussage über mögliche Toleranzabweichungen der Flankenlinien der Zähne des Zahnrads treffen.
Deshalb müssen im Stand der Technik zusätzlich zur Flankenwälzprüfung taktile Profilmessungen der Flankenlinien aller Zähne des Zahnrads mittels eines Messkopfes durchgeführt werden. Derartige Flankenlinienmessungen sind aufwändig, da ein Messtaster entlang der Flankenlinie jedes Zahns des Zahnrads verfahren muss, um das Profil der Flankenlinien zu ermitteln. Ausgehend von diesen Messergebnissen können Abweichungen der Ist-Flankenlinie und der Soll-Flankenlinie bestimmt werden.
Durch das Vorsehen eines balligen Aufnahmeabschnitts des Messdorns, an dem das Prüfzahnrad aufgenommen wird, verfügt das Prüfzahnrad im Betriebszustand über Freiheitsgrade, die Kippbewegungen des Zahnrads zulassen. Herkömmliche an nicht balligen Aufnahmen aufgenommene Zahnräder weisen in der Regel lediglich einen axialen Verschiebefreiheitsgrad und einen rotatorischen Freiheitsgrad auf.
Durch die zusätzlichen erfindungsgemäßen Kippfreiheitsgrade werden Kippbewegungen des Prüfzahnrads zugelassen, die mittels des vorgesehen Messtasters gemessen werden können. Derartige Kippbewegungen werden vorwiegend durch Abweichungen der Flankenlinie, vor allem des Flankenlinienwinkels, des Zahnrads verursacht. Aus den gemessenen Kippbewegungen des Prüfzahnrads können somit Toleranzabweichungen der Flankenlinien detektiert werden.
Somit kann durch die Erfindung eine Kontrolle der Flankenlinien des Prüfzahnrads bereits in die Flankenwälzprüfung integriert werden, sodass zur Bestimmung der Flankenlinie auf weitere Messverfahren verzichtet werden kann. Dadurch können zuverlässig Aussagen über Flankenlinientoleranzen getroffen werden und gleichzeitig das Prüfverfahren der Zahnräder vereinfacht werden. Zumal die Kontrolle der Flankenlinie durch die Erfindung in die ohnehin durchgeführte Wälzprüfung integriert wird.
Unter einer Kippbewegung des Prüfzahnrads ist im Allgemeinen eine Rotation des auf dem Messdorn aufgenommenen Prüfzahnrads um eine Achse quer zur Längsachse des Messdorns zu verstehen. In einem nicht gekippten Idealzustand des Prüfzahnrads würden die Längsachse des Prüfzahnrads und die Längsachse des Messdorns im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Durch die Kippbewegung des Prüfzahnrads wird die Längsachse des Prüfzahnrads jedoch in eine Lage gebracht, in der die Längsachse des Prüfzahnrads im Gegensatz zum nicht gekippten Zustand des Prüfzahnrads nicht parallel zu der Längsachse des Messdorns verläuft. Während der angetriebenen Rotation des Prüfzahnrads um die Längsachse des Messdorns führen die Kippbewegungen des Prüfzahnrads zu einer Art Taumelbewegung, die durch den Messtaster messtechnisch erfasst werden kann.
Der Messdorn kann vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig sein und der ballige Bereich des Aufnahmeabschnitts kann vorzugsweise den gesamten Umfang des im Wesentlichen zylinderförmigen Messdorns umfassen. Denkbar ist jedoch auch eine von einer Zylinderform abweichende Form des Messdorns, beispielsweise eine Mehrkantform oder eine elliptische Form.
Auch denkbar ist ein mehrteiliger Aufnahmeabschnitt, beispielsweise bestehend aus mehreren einzelnen langgestreckten Elementen. Die einzelnen Elemente können radial nach außen gerichtete Biegungen aufweisen, die insgesamt eine ballige Außenkontur des Aufnahmeabschnitts bilden.
Vorzugsweise kann der Messdorn dazu eingerichtet sein, die mehreren einzelnen langgestreckten Elementen radial nach innen und nach außen zu bewegen, um einen variablen Durchmesser des Messdorns, insbesondere des balligen Bereichs, zu ermöglichen. Die mehreren einzelnen langgestreckten Elementen können beispielsweise mittels eines oder mehrerer Stellmotoren bewegt werden. Dadurch kann ein einzelner Messdorn zur Messung von Zahnrädern mit unterschiedlichen Nabeninnendurchmessern eingesetzt werden.
Auch kann der Aufnahmeabschnitt selbst als zusätzliches Bauteil, beispielsweise als Ring, auf einen Messdorngrundkörper aufgeschoben sein. Ferner kann auch nur der ballige Bereich des Aufnahmeabschnitts durch ein zusätzliches Bauteil, beispielsweise als aufgeschobener Ring, gebildet sein.
Vorzugsweise kann die Verbindung zwischen dem Prüfzahnrad und dem Aufnahmeabschnitt, insbesondere dem balligen Bereich, des Messdorns eine Spielpassung aufweisen. Die Spielpassung kann insbesondere so gewählt werden, dass eine sichere Aufnahme des Prüfzahnrads an dem Messdorn möglich ist, jedoch das Prüfzahnrad frei um den Messdorn rotieren und erfindungsgemäße Kippbewegungen durchführen kann.
Der Messdorn, insbesondere der Aufnahmeabschnitt des Messdorns, ist bevorzugt drehfest gelagert. Denkbar wäre jedoch auch ein sich mit dem Prüfzahnrad mitdrehendem Aufnahmeabschnitt oder zumindest ein sich mit dem Prüfzahnrad mitdrehender Bereich des Aufnahmeabschnitts. Dabei kann vorzugsweise der sich mitdrehende Aufnahmeabschnitt oder der Bereich des Aufnahmeabschnitts in dem stationären Teil des Messdorns gelagert sein, beispielsweise mittels einer Wälzlagerung. In diesem Fall kann der Aufnahmeabschnitt vorzugweise eine Mehrkantform, insbesondere eine Sechskantform, aufweisen. Die Aufnahmeöffnung des Prüfzahnrads kann eine dazu korrespondierende Sechskantform aufweisen. Somit wird eine Formpassung zwischen dem Prüfzahnrad und dem Aufnahmeabschnitt gebildet.
Die erfindungsgemäße Balligkeit eines Bereichs des Aufnahmeabschnitts des Messdorns ist dadurch definiert, dass der Bereich, der die Balligkeit aufweist, einen größeren Durchmesser relativ zum übrigen Bereich des Aufnahmeabschnitts aufweist. Der Grad der Balligkeit kann vorzugsweise abhängig von der zu erwarteten Amplitude der Kipp- bzw. der Taumelbewegung gewählt werden. Vorzugsweise kann die Balligkeit derart gewählt werden, dass der Durchmesser des balligen Bereichs nicht um mehr als 2 mm größer ist als der Durchmesser des restlichen Bereichs des Aufnahmeabschnitts, vorzugsweise nicht um mehr als 1 mm größer, vorzugsweise nicht um mehr als 0,5 mm größer, vorzugsweise nicht um mehr als 0,25 mm größer, vorzugsweise nicht um mehr als 0,1 mm größer.
Vorzugsweise kann der ballige Bereich des Aufnahmeabschnitts des Messdorns im Wesentlichen, in Richtung der Längsachse des Messdorns, in der Mitte des Aufnahmeabschnitts angeordnet sein. Dadurch kann das Prüfzahnrad Kippbewegungen in Richtung des freien Endes des Messdorns und in Richtung des gelagerten Endes des Messdorns durchführen.
Vorzugsweise können die Messtaster induktive Messtaster sein, wobei bei mehreren Messtastern vorzugsweise alle Messtaster induktive Messtaster sein können. Denkbar ist jedoch auch, dass ein oder mehrere der vorhandenen Messtaster induktive Messtaster sind, jedoch nicht alle Messtaster. Die übrigen Messtaster können eine andere Bauart aufweisen.
Alternativ können die Messtaster kapazitiver, optischer oder magnetischer Bauart sein. Ferner ist auch denkbar, die Messtaster als Piezoelemente auszuführen.
Der bzw. die Messtaster können insbesondere im eingebauten Zustand um eine Achse schwenkbar sein, beispielsweise als Wippentaster. Denkbar ist jedoch auch, dass der Messtaster mittels einer Feder vorgespannt sein kann und nach der Betätigung durch eine Kippbewegung des Zahnrads ausgelenkt werden kann. Nach der Auslenkung kann der Messtaster mittels der Federkraft wieder in die Ausgangsposition gebracht werden.
Mittels der angegebenen Prüfvorrichtung ist es möglich, sowohl geradeverzahnte als auch schrägverzahnte Zahnräder zu prüfen.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Prüfvorrichtung einen weiteren Messtaster, der in Richtung der Längsachse des Messdorns von dem ersten Messtaster beabstandet angeordnet ist.
Prinzipiell kann auch nur ein Messtaster einen Großteil der Kippbewegungen des Prüfzahnrads in den durch den balligen Bereich des Aufnahmeabschnitts zugelassenen Richtungen erfassen. Jedoch erhöht ein weiterer Messtaster die Sensibilität im Hinblick auf die erfassbaren Kippbewegungen. Zusätzlich können bei zwei Messtastern die einzelnen Messtaster flexibler gestaltet werden. Insbesondere können dadurch genauere Messungen durchgeführt werden und demzufolge auch engere Fertigungstoleranzen der Prüfzahnräder geprüft werden.
Vorzugsweise kann die Anordnung der beiden Messtaster derart gewählt sein, dass ein Messtaster in Richtung der Längsachse des Messdorns vor dem balligen Bereich des Messdorns und der zweite Messtaster hinter dem balligen Bereich des Messdorns angeordnet sind.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Prüfvorrichtung mehrere in Umfangsrichtung des Messdorns verteilt angeordnete Messtaster. Dadurch wird ebenfalls die Messgenauigkeit der erfassbaren Kippbewegungen erhöht. Zusätzlich können dadurch mehrere phasenversetzte Signalverläufe zur Auswertung der Messungen herangezogen werden.
Vorzugsweise können die Messtaster derart in Umfangsrichtung des Messdorns verteilt angeordnet sein, dass die Messtaster jeweils einen gleich großen Winkelabstand zueinander haben. Denkbar ist jedoch auch das Vorsehen von ungleichen Winkelabständen zwischen den einzelnen Messtastern, um die Messempfindlichkeit des Messdorns über einen bestimmten Winkelbereich oder über mehrere Winkelbereiche des Umfangs des Messdorns gegenüber den übrigen Winkelbereichen zu erhöhen.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Prüfvorrichtung einen ersten Antriebszahnrad-Messtaster zum Messen von Bewegungen des Antriebszahnrads auf.
Dadurch ist die Prüfvorrichtung dazu geeignet, neben der Messung von Bewegungen des Prüfzahnrads auch Bewegungen des Antriebszahnrads zu erfassen. Die erfassbaren Bewegungen können auch Kippbewegungen des Antriebszahnrads sein.
Die Erfassung der Bewegungen des Antriebszahnrads kann dazu dienen, den Achsabstand zwischen dem Antriebszahnrad und dem Prüfzahnrad zu messen, um allgemeine Rundlauffehler des Prüfzahnrads zu detektieren. Ferner ist es dadurch möglich, Abweichungen des Antriebszahnrads zu detektieren. Dadurch wird vermieden, dass Kippbewegungen des Prüfzahnrads, die nicht durch Toleranzabweichungen des Prüfzahnrads, sondern durch Toleranzabweichungen des Antriebszahnrads verursacht werden, nicht fälschlicherweise ursächlich auf das Prüfzahnrad zurückgeführt werden.
Beim Detektieren von Bewegungen des Antriebszahnrads können diese Bewegungen entweder rechnerisch bei der Auswertung der Messungen im Hinblick auf das Erkennen von Flankenlinienabweichungen des Prüfzahnrads berücksichtigt werden. Ferner kann die Detektion von Bewegungen des Antriebszahnrads als Signal dienen, das Antriebszahnrad durch ein einwandfreies Antriebszahnrad zu ersetzen.
Vorzugsweise weist die Prüfvorrichtung einen zweiten Antriebszahnrad-Messtaster zum Messen von Bewegungen des Antriebszahnrads auf, der in Richtung der Längsachse des Messdorns von dem ersten Messtaster beabstandet angeordnet ist.
Dadurch kann die Sensibilität im Hinblick auf die erfassbaren Bewegungen des Antriebszahnrads erhöht werden. Ferner kann die Anordnung zweier Antriebszahnrad-Messtaster dazu dienen, die Parallelität der Achsen des Antriebszahnrads und des Prüfzahnrads zu kontrollieren.
Vorzugsweise können die beiden Antriebszahnrad-Messtaster außerhalb des Aufnahmeabschnitts des Messdorns angeordnet sein. Vorzugsweise sind die beiden Antriebszahnrad-Messtaster jeweils endständig bezüglich des Antriebszahnrads angeordnet. Vorzugsweise ist der eine Antriebszahnrad-Messtaster an dem freien Ende des Messdorns und der zweite Antriebszahnrad-Messtaster an dem gelagerten Ende des Messdorns angeordnet.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Aufnahmeabschnitt des Messdorns an einer Seite durch einen Anschlag für das Prüfzahnrad begrenzt, der sich nur bereichsweise entlang des Umfangs des Messdorns, insbesondere nur in einem Winkelbereich von maximal etwa 10°, vorzugsweise maximal etwa 5°, erstreckt.
Im Gegensatz zu einem über den gesamten Umfang des Messdorns erstreckt, beschränkt ein sich nur über einen Winkelbereich des Messdorns erstreckender Anschlag nur unwesentlich die Kippfreiheitsgrade des Prüfzahnrads. Ein sich über den Umfang des Messdorns erstreckender Anschlag, beispielsweise als umlaufender Absatz des Messdorns ausgebildet, würde jedoch die zu erfassenden Kippbewegungen des Prüfzahnrads erheblich einschränken.
Vorzugsweise kann der Anschlag als radial in den Messdorn eingesetzter Stift ausgebildet sein. Ferner ist jedoch auch eine Passfeder-Nut-Verbindung zwischen dem Aufnahmeabschnitt des Messdorns und dem Prüfzahnrad denkbar, wobei die Nut nicht durchgehend in dem Prüfzahnrad ausgebildet sein kann, sodass der in dem Prüfzahnrad endende Abschnitt der Nut zusätzlich als Anschlag für die Passfeder dienen kann.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch einen Messdorn zur Verwendung in einer Prüfvorrichtung zum Prüfen eines Prüfzahnrades, wobei der Messdorn eine Längsachse und einen Aufnahmeabschnitt zur rotierbaren Aufnahme des Prüfzahnrades aufweist.
Erfindungsgemäß ist ein Bereich des Aufnahmeabschnitts ballig geformt, um Kippbewegungen des Prüfzahnrads gegenüber der Längsachse des Messdorns zuzulassen, wobei das Prüfzahnrad an dem ballig geformten Bereich anliegt. Ferner ist an dem Aufnahmeabschnitt des Messdorns ein Messtaster zum Messen der Kippbewegungen des Prüfzahnrades während dessen Rotationsbewegung angeordnet.
Mit Hilfe eines solchen Messdorns kann an bereits bestehenden Prüfvorrichtungen nach dem Stand der Technik die Messung von Kippbewegungen nachgerüstet werden.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Prüfverfahren zum Prüfen eines Prüfzahnrades mittels einer Prüfvorrichtung gelöst, umfassend die folgenden Schritte:

a) Aufnahme des Prüfzahnrades an einem balligen Messdorn;
b) Antreiben des Prüfzahnrades in eine Rotationsbewegung mittels eines Antriebszahnrads; und
c) Messen von Kippbewegungen des rotierenden Prüfzahnrades mittels eines an dem Messdorn angeordneten Messtasters.

Die Vorteile und Ausführungsmöglichkeiten dieses Prüfverfahrens entspricht analogerweise denen der zuvor beschriebenen Prüfvorrichtung.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Prüfverfahren zusätzlich den folgenden Schritt:

d) Auswerten der gemessen Kippbewegungen, um Abweichungen einer Ist-Flankenlinie des Prüfzahnrads von einer Soll-Flankenlinie des Prüfzahnrads zu bestimmen.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Prüfverfahren zusätzlich den folgenden Schritt:

e) Vergleichen der Abweichungen mit vorgegebenen Toleranzwerten für das Prüfzahnrad und Kategorisieren des Prüfzahnrads in zumindest zwei Güteklassen.

Mittels des Vergleichens und des Kategorisierens der Abweichungen ist es möglich, ausgehend von den gemessenen Kippbewegungen des Prüfzahnrads die Einhaltung oder Nicht-Einhaltung der erforderlichen Fertigungstoleranzen im Hinblick auf die Flankenlinien der Zähne des Prüfzahnrads schnell und effizient zu bestimmen.
Vorzugsweise weist die dafür eingesetzte Prüfvorrichtung eine Auswertesoftware auf, die wissenschaftliche oder empirische Berechnungs- und Vergleichsmethodiken anwendet, um aus den gemessenen Kippbewegungen die Einhaltung oder Nicht-Einhaltung von Fertigungstoleranzen des Prüfzahnrads zu bestimmen. Die Einhaltung der Fertigungstoleranzen des Prüfzahnrads kann einer Güteklasse und die Nicht-Einhaltung von Fertigungstoleranzen des Prüfzahnrads kann einer zweiten Güteklasse entsprechen.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung zum Prüfen eines Prüfzahnrades;
2 eine Schnittdarstellung der Prüfvorrichtung aus 1 entlang der Schnittlinie B-B;
3 eine vergrößerte Ansicht des Prüfzahnrades aus den 1 und 2.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine Prüfvorrichtung 10, die einen Messdorn 12 zur Aufnahme eines zu prüfenden Prüfzahnrades 14 umfasst. Das Prüfzahnrad ist in 3 detaillierter abgebildet.
Das Prüfzahnrad 14 weist eine Längsachse x_1, eine umlaufende Schrägverzahnung 15 und eine sich entlang der Längsachse x₁ des Prüfzahnrads 14 erstreckende Bohrung 17 auf.
Der Messdorn 12 weist eine Längsachse x₂, einen Messdornkörper 13, der einen Hohlraum 19 bildet, und einen Aufnahmeabschnitt 16 zur Aufnahme des Prüfzahnrads 14 auf. Der Messdorn 12 ist dabei innerhalb der Prüfvorrichtung 10 schwimmend gelagert. In der 1 fällt die Längsachse x₁ des Prüfzahnrads 14 mit der Längsachse x₂ des Messdorns 12 zusammen.
Der Aufnahmeabschnitt 16 umfasst einen Bereich 18 auf, der im Vergleich zu dem übrigen Bereich des Aufnahmeabschnitts 16 ballig ausgebildet ist. Das Prüfzahnrad 14 ist mit der Bohrung 17 auf dem Aufnahmeabschnitt 16 aufgeschoben. Im aufgeschobenen Zustand ist die Balligkeit, in Richtung der Längsachse x₁ des Prüfzahnrads 14 betrachtet, im Wesentlichen mittig in der Bohrung 17 des Prüfzahnrads 14 angeordnet.
Die Balligkeit des Bereichs 18 des Aufnahmeabschnitts 16 zeichnet sich dadurch aus, dass der Durchmesser zumindest in einem Teil des Bereichs 18 einen größeren Durchmesser aufweist, als der übrige Bereich des Aufnahmeabschnitts 16. Dadurch weist die Aufnahme des Prüfzahnrads 14 an dem Aufnahmeabschnitt 16 zusätzliche Freiheitsgrade gegenüber einer Aufnahme ohne einen balligen Bereich 18 auf, die Kippbewegungen des auf dem Aufnahmeabschnitt 16 des Messdorns aufgenommenen Prüfzahnrades 14 gegenüber der Längsachse x₂, des Messdorns 12 zulassen.
Der Messdorn 12 weist insgesamt acht Messtaster 20 bis 27 auf, wobei die Messtaster 20 bis 25 an dem Aufnahmeabschnitt 16 des Messdorns 12 angeordnet sind und Kippbewegungen des Prüfzahnrades erfassen. In der 1 sind von den Messtastern 20 bis 25 lediglich die Messtaster 20 bis 23 sichtbar, da die übrigen Messtaster 24 und 25 hinter der Zeichenebene der 1 angeordnet sind.
Ferner umfasst die Prüfvorrichtung 10 ein Antriebszahnrad 28 mit einer umlaufenden Schrägverzahnung 29 und einer Bohrung 31 zum Antreiben des Prüfzahnrads 14. Die Schrägverzahnung 29 des Antriebszahnrads 28 greift in die Schrägverzahnung 15 des Prüfzahnrads 14. Zum Antreiben des Prüfzahnrads 14 kann eine nicht dargestellte Antriebseinheit mit einer rotierbaren Spindel vorgesehen sein, die das Antriebszahnrad 28 über dessen Bohrung 31 aufnimmt. Die Antriebseinheit kann die Spindel und somit auch das Antriebszahnrad 28 rotieren.
Die Antriebszahnrad-Messtaster 26 und 27 erfassen Querbewegungen des Antriebszahnrades 28 relativ zum Messdorn 12, wobei die Antriebszahnrad-Messtaster 26 und 27 unterschiedliche Einbaulagen aufweisen. Der erste Antriebszahnrad-Messtaster 26 ist im Messdornkörper 13 angebracht und ist im Wesentlichen längs zur Längsachse x₂ des Messdorns 12 ausgerichtet. Der zweite Antriebszahnrad-Messtaster 27 ist dagegen in einem Schlitten 33 eines Tastarms 35 im Wesentlichen quer zur Längsachse x₂ des Messdorns 12 gerichtet eingebaut.
Der Tastarm 35 mit dem Schlitten 33 und dem darin angebrachten ist ein separates Bauteil, das erst bei der Messung an den Messdorn 12 herangefahren wird. Alternativ kann der Tastarm 35 ein Tastring sein, der auf den Messdorn 12 geschoben wird, nachdem das Prüfzahnrad auf dem Messdorn 12 aufgenommen wurde.
Der Messdorn 12 umfasst außerdem einen Anschlag 30, der den Aufnahmeabschnitt 16 des Prüfzahnrads 14 in axialer Richtung begrenzt. Der Anschlag 30 ist als Stift ausgebildet, der radial in den Aufnahmeabschnitt 16 eingesetzt ist. Der Anschlag 30 erstreckt sich nur bereichsweise entlang des Umfangs des Messdorns 12, um so nicht Kippbewegungen des Prüfzahnrads 14 möglicherweise einzuschränken. Der Stift 30 ist außerdem in radialer Richtung stufenförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser des Stifts 30 radial nach außen hin abnimmt. Dadurch nimmt die Erstreckung des Stifts 30 radial nach außen hin ab, um die Kippbewegungen des Prüfzahnrads 14 nicht zu verhindern.
Der Messdorn 12 ist ebenfalls in Richtung der Längsachse x₂ des Messdorns 12 stufenförmig ausgebildet, mit einem ersten Stufenabschnitt 32 und einem zweiten Stufenabschnitt 34. Die Stufenform ermöglicht ein betätigen des Antriebszahnrad-Messtaster 26 durch das Antriebszahnrad 28.
Alternativ kann der Messdorn 12 auch im Wesentlichen stufenlos sein und nur einen Stufenabschnitt aufweisen. Dabei kann der kontaktierende Abschnitt des Antriebszahnrades 28 einen vergrößerten Durchmesser aufweisen, sodass der Antriebszahnrad-Messtaster 26 auch ohne Stufenform durch das Antriebszahnrad 28 betätigt wird.
Denkbar ist jedoch auch das auf den Antriebszahnrad-Messtaster 26 verzichtet wird und demnach nur der Antriebszahnrad-Messtaster 27 vorgesehen ist.
Der Messdorn 12 umfasst zusätzlich einen Verschluss 39, der den durch den Messdornkörper 13 gebildeten Hohlraum 19 des Messdorns 12 verschließt.
In 1 befindet sich das Prüfzahnrad 14 in einem nicht-gekippten Zustand, wonach die Längsachse x₁ des Prüfzahnrads 14 im Wesentlichen parallel zur Längsachse x₂ des Messdorns 12 ist. Bei einer Kippbewegung des Prüfzahnrades 14 wird die Längsachse x₁ des Prüfzahnrades 14 in eine derartige Lage gebracht, dass die Längsachse x₁ des Prüfzahnrades 14 nicht mehr parallel zur Längsachse x₂ des Messdorns 12 ist.
Bei einer derartigen Kippbewegung werden die axialen endständigen Bereiche des Prüfzahnrades 14 derart ausgelenkt, dass sie zumindest einen der Messtaster 20 bis 25 betätigen. Die Messtaster 20 bis 25 erzeugen dabei ein Signal welches an eine Auswerteeinheit gesendet wird (in 1 nicht dargestellt). Aus dem empfangenen Signal kann die Auswerteeinheit die gemessenen Kippbewegungen auswerten und diese mit vorgegebenen Sollwerten vergleichen. Anschließend werden die Messwerte kategorisiert und bestimmt, ob das gemessene Prüfzahnrad 14 die erforderlichen Toleranzvorgaben erfüllt oder nicht erfüllt.
2 zeigt eine Schnittdarstellung der Prüfvorrichtung aus 1 entlang der Schnittlinie B-B. Zusätzlich zu den in 1 dargestellten Merkmal sind hier die drei in Umfangsrichtung des Messdorns 12 verteilt angeordnete Messtaster 21, 24 und 25. Die Winkelabstände zwischen den einzelnen Messtastern 21, 24 und 25 sind gleich groß.
3 zeigt eine vergrößerte Abbildung des Prüfzahnrads 14 aus den 1 und 2. Das Prüfzahnrad 14 weist wie bereits erläutert eine Schrägverzahnung 15 mit schräg zur Längsachse x₁ verlaufenden Zähnen 40 auf.
Die Zähne 40 verlaufen in einem Winkel β zur Längsachse x₁. Der Winkel β wird auch als Zahnflankenlinienwinkel, wie eingangs genannt, bezeichnet. Durch die erläuterte Messung werden unter anderem Abweichungen zwischen einem vordefinierten Soll-Zahnflankenlinienwinkel β und dem tatsächlichen Ist-Zahnflankenlinienwinkel β festgestellt.

Claims

Prüfvorrichtung (10) zum Prüfen eines Prüfzahnrades (14), umfassend: a) einen Messdorn (12) mit einer Längsachse x₂ und einem Aufnahmeabschnitt (16) zur rotierbaren Aufnahme des Prüfzahnrades (14); und b) ein Antriebszahnrad (28), das dazu eingerichtet ist, das Prüfzahnrad (14) um den Messdorn (12) in eine Rotationsbewegung anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass c) ein Bereich (18) des Aufnahmeabschnitts ballig geformt ist, um Kippbewegungen des Prüfzahnrads (14) gegenüber der Längsachse x₂ des Messdorns (12) zuzulassen, wobei das Prüfzahnrad (14) an dem ballig geformten Bereich (18) anliegt, und d) an dem Aufnahmeabschnitt (16) des Messdorns (12) ein Messtaster (20-25) zum Messen der Kippbewegungen des Prüfzahnrades (14) während dessen Rotationsbewegung angeordnet ist.
Prüfvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (10) einen weiteren Messtaster (21) umfasst, der in Richtung der Längsachse x₂ des Messdorns (12) von dem ersten Messtaster (20) beabstandet angeordnet ist.
Prüfvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (10) mehrere in Umfangsrichtung des Messdorns (12) verteilt angeordnete Messtaster (20-25) umfasst.
Prüfvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (10) einen ersten Antriebszahnrad-Messtaster (26) zum Messen von Bewegungen des Antriebszahnrads (28) aufweist.
Prüfvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (10) einen zweiten Antriebszahnrad-Messtaster (27) zum Messen von Bewegungen des Antriebszahnrads (28) aufweist, der in Richtung der Längsachse x₂ des Messdorns (12) von dem ersten Antriebszahnrad-Messtaster (26) beabstandet angeordnet ist.
Prüfvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt (16) des Messdorns (12) an einer Seite durch einen Anschlag (30) für das Prüfzahnrad (14) begrenzt wird, der sich nur bereichsweise entlang des Umfangs des Messdorns (12), insbesondere nur in einem Winkelbereich von maximal etwa 10°, vorzugsweise maximal etwa 5°, erstreckt.
Messdorn (12) zur Verwendung in einer Prüfvorrichtung (10) zum Prüfen eines Prüfzahnrades (14), wobei der Messdorn (12) eine Längsachse x₂ und einen Aufnahmeabschnitt (16) zur rotierbaren Aufnahme des Prüfzahnrades (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Bereich (18) des Aufnahmeabschnitts (16) ballig geformt ist, um Kippbewegungen des Prüfzahnrads (14) gegenüber der Längsachse x₂ des Messdorns (12) zuzulassen, wobei das Prüfzahnrad (14) an dem ballig geformten Bereich (18) anliegt, und b) an dem Aufnahmeabschnitt (16) des Messdorns (12) ein Messtaster (20-25) zum Messen der Kippbewegungen des Prüfzahnrades (14) während dessen Rotationsbewegung angeordnet ist.
Prüfverfahren zum Prüfen eines Prüfzahnrades (14) mittels einer Prüfvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die folgenden Schritte: a) Aufnahme des Prüfzahnrades (14) an einem balligen Messdorn (12); b) Antreiben des Prüfzahnrades (14) in eine Rotationsbewegung mittels eines Antriebszahnrads (28); und c) Messen von Kippbewegungen des rotierenden Prüfzahnrades (14) mittels eines an dem Messdorn (12) angeordneten Messtasters (20-25).
Prüfverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfverfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfasst: d) Auswerten der gemessen Kippbewegungen, um Abweichungen einer Ist-Flankenlinie des Prüfzahnrads (14) von einer Soll-Flankenlinie des Prüfzahnrads (14) zu bestimmen.
Prüfverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfverfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfasst: e) Vergleichen der Abweichungen mit vorgegebenen Toleranzwerten für das Prüfzahnrad (14) und kategorisieren des Prüfzahnrads (14) in zumindest zwei Güteklassen.