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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsbewertung eines Zahnrads und eine Steuereinrichtung, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zur Qualitätsbewertung eines Zahnrads.
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Um eine Qualität von Zahnrädern bestimmen zu können, werden vorbestimmte Verfahren angewandt, die Qualitätsparameter für Zahnrädern bereitstellen. Von besonderer Bedeutung ist bei einem Zahnrad eine Beschaffenheit der Zahnflankenflächen, weil diese während des Betriebs in Kontakt mit Zahnflankenflächen anderer Zahnräder kommen und akustische Eigenschaften einer Maschine während des Betriebs beeinflussen. Verfahren zur Charakterisierung von Zahnflankenflächen umfassen eine Auswertung von Höhenprofillinien in zumindest einer Zahnflankenfläche eines Zahns des Zahnrads. Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist es üblich, als Qualitätsparameter zur Beschreibung der Zahnflankenflächen beispielsweise eine Winkelabweichung eines Verlaufs des Höhenprofils über die Zahnflankenfläche gegenüber einem Sollverlauf oder einen Spitze-Tal-Höhendifferenz des Höhenprofils zu verwenden. Bei einem Überschreiten vorbestimmter Grenzwerte wird das zugeordnete Zahnrad als fehlerhaft aussortiert, weil es nicht die erforderliche Qualität für einen Betriebseinsatz aufweist. Werden die Grenzwerte eingehalten ist das Zahnrad für den Betrieb geeignet und kann in einer Maschine verwendet werden.
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Diese Vorgehensweise ist nach bisherigen Erfahrungen nicht geeignet, um eine übermäßige Geräuschentwicklung in einer Maschine zu vermeiden, sodass es erforderlich ist, die Qualität über andere Qualitätsparameter zu bestimmen.
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Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Bestimmung der akustischen Eigenschaften eines Zahnrads zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.
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Die Erfindung basiert auf folgenden Feststellungen. Es hat sich herausgestellt, dass vereinzelte Zahnräder, trotz Einhaltung der vorbestimmten Grenzwerte der Qualitätsparameter zu einer übermäßigen Geräuschentwicklung in einer Maschine führen. Eine Intensität der Geräuschentwicklung lässt sich dabei nicht in Verbindung mit den Werten der genannten Qualitätsparameter bringen. Es besteht somit kein erkennbarer Zusammenhang zwischen den Werten der Qualitätsparameter und den akustischen Eigenschaften des Zahnrads während des Betriebs. Ein Grund hierfür ist die Tatsache, dass die bekannten Qualitätsparameter sich auf Höhenunterschiede beziehen, die über die gesamte Profilänge bestehen. Eine Entscheidung allein auf diesen Absolutwerten ist jedoch nicht zielführend. Lokale Schwankungen, wie die Profilwelligkeit werden somit nicht durch diese Qualitätsparameter abgebildet. Letztere haben jedoch einen entscheidenden Einfluss auf das akustische Verhalten des Zahnrads während des Betriebs. Die bekannten Qualitätsbewertungsverfahren sind somit nicht dazu geeignet, eine übermäßige Geräuschentwicklung eines Zahnrads zu prognostizieren.
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Basierend auf diesen Feststellungen wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Qualitätsbewertung eines Zahnrads bereitgestellt. Zu Beginn des Verfahrens wird durch eine Messvorrichtung zumindest eine Höhenprofillinie in einer Zahnflankenfläche zumindest eines Zahns des Zahnrads erfasst. Mit anderen Worten wird eine in der Zahnflankenfläche liegende Höhenprofillinie erfasst. Die Höhenprofillinie kann den Höhenverlauf der Zahnflankenfläche entlang der Zahnflankenfläche beschreiben, wobei eine Referenzhöhe der Höhenprofillinie beispielsweise ein Sollhöhenwert oder ein Minimalhöhenwert der Höhenprofillinie sein kann. Es kann zumindest eine Höhenprofillinie zumindest eines Zahns erfasst werden. Es können auch mehrere Höhenprofillinien für einen Zahn oder mehrere Zähne des Zahnrads erfasst werden. Die zumindest eine Höhenprofillinie weist über eine Profillänge der Höhenprofillinie Messpunkte auf, die eine jeweilige Höhe senkrecht zur Zahnflankenfläche beschreiben. Mit anderen Worten weist die Höhenprofillinie Messpunkte auf, wobei ein jeweiliger Messpunkt beispielsweise ein Tupel aus einer Position entlang der Höhenprofillinie und einer Höhe des Profils an der jeweiligen Position bezüglich einer Referenzhöhe beschreiben kann.
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Es ist vorgesehen, dass durch eine Steuereinrichtung für jeweilige zusammenhängende Teilbereiche der zumindest einen Höhenprofillinie nach einem vorbestimmten Höhenrelationsbestimmungsverfahren eine Höhenrelation zwischen zumindest zwei Messpunkten des jeweiligen Teilbereichs bestimmt wird, wobei die jeweiligen Teilbereiche eine vorbestimmte Bereichslänge aufweisen, die kürzer ist als die Profillänge. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass durch die Steuereinrichtung eine Auswertung der Höhenprofillinie mittels einer Bestimmung der Höhenrelationen zwischen den zumindest zwei Messpunkten der jeweiligen zusammenhängenden Teilbereichen erfolgt. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller sein. Die Steuereinrichtung kann eine eigenständige Vorrichtung oder ein Teil der Messvorrichtung sein. Ein jeweiliger Teilbereich ist ein Abschnitt der Höhenprofillinie, der die vorbestimmte Bereichslänge aufweist. Die jeweiligen Teilbereiche können so gewählt sein, dass sie sich überlappenden. Es kann auch vorgesehen sein, dass sie aneinander angrenzen. Einer der jeweiligen Teilbereiche kann beispielsweise einer Position eines Gleitfensters der vorbestimmten Bereichslänge entsprechen, welches entlang der Höhenprofillinie schrittweise während des Verfahrens verschoben werden kann. Dadurch, dass die jeweiligen zusammenhängenden Teilbereiche kürzer sind als die Profillänge der Höhenprofillinie, umfasst ein jeweiliger Teilbereich eine Teilmenge der Messpunkte der Höhenprofillinie. Die Bestimmung der Höhenrelationen ist somit auf eine jeweilige Teilmenge an Messpunkten, die in dem jeweiligen Teilbereich angeordnet sind, beschränkt. Die vorbestimmte Höhenrelation kann zwischen den zumindest zwei Messpunkten des Teilbereichs bestehen, wobei diese nach einem vorbestimmten Höhenrelationsbestimmungsverfahren ermittelt werden kann. Für den jeweiligen Teilbereich kann die jeweilige Höhenrelation bereitgestellt werden. Es ist vorgesehen, dass durch die Steuereinheit aus den Höhenrelationen der jeweiligen Teilbereiche der Höhenprofillinie nach einem vorbestimmten Bewertungsverfahren ein Qualitätswert für das jeweilige Zahnrad bestimmt wird. Mit anderen Worten wird basierend auf den Höhenrelationen, nach dem vorbestimmten Prüfbewertungsverfahren der Qualitätswert für das Zahnrad bestimmt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Bewertungsverfahren Höhenrelationen aller jeweiligen Teilbereiche berücksichtigt, oder lediglich die Höhenrelationen einer Teilmenge der Teilbereiche berücksichtigt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das vorbestimmte Bewertungsverfahren, die Höhenrelation eines einzelnen Teilbereiches als jeweiligen Qualitätswert des Zahnrads bestimmt.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein Qualitätswert für ein Zahnrad bereitgestellt wird, der mit akustischen Eigenschaften des Zahnrads in Verbindung steht und aus üblichen Höhenprofillinien ermittelt werden kann.
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Die Erfindung umfasst auch optionale Weiterbildungen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Höhenrelation ein Höhenunterschied zwischen zwei direkt benachbarten Messpunkten des jeweiligen Teilbereichs beschreibt. Mit anderen Worten ist die vorbestimmte Bereichslänge derart bemessen, dass ein jeweiliger zusammenhängender Teilbereich genau zwei Messpunkte umfasst. Die vorbestimmte Höhenrelation ergibt sich aus einer Differenz der Höhen dieser beiden Punkte. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass durch die Verwendung einer Höhenrelation betreffend direkt benachbarte Messpunkte hochfrequente Höhenschwankungen des Profils erfasst werden können.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Höhenrelation ein durchschnittlicher Höhenunterschied zwischen direkt benachbarten Messpunkten des jeweiligen Teilbereichs ist. Mit anderen Worten ist die Bereichslänge derart bemessen, dass ein jeweiliger zusammenhängender Teilbereich zumindest drei der Messpunkte der Höhenprofillinie aufweist. Der jeweilige zusammenhängende Teilbereich kann somit einen mittleren Messpunkt, der zwei Messpunkte als direkte Nachbarn aufweist, umfassen. Es werden somit die Höhenunterschiede zu den zwei direkten Nachbarn für den Messpunkt berechnet. Aus den beiden Höhenunterschieden wird dann ein durchschnittlicher Höhenunterschied berechnet. Der Durchschnitt kann das arithmetische oder das geometrische Mittel darstellen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass lokale Schwankungen über den Teilbereich über mehrere Messpunkte erfasst werden können.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Höhenrelation ein Spitze-Tal-Höhenunterschied zwischen einem Messpunkt, der eine minimale Höhe des jeweiligen Teilbereichs aufweist und einem Messpunkt der eine maximale Höhe des jeweiligen Teilbereichs aufweist, ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Höhenrelationen der Höhenunterschied zwischen einer Maximalhöhe und einer Minimalhöhe des jeweiligen Teilbereichs ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zumindest eine Höhenprofillinie von einem Kopf zu einem Fuß der Zahnflankenfläche erfasst wird. Mit anderen Worten verläuft die Höhenprofillinie von dem Kopf des Zahns zu dem Fuß des Zahns oder umgekehrt und liegt in der Zahnflankenfläche.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Höhenprofillinie parallel zu einem Kopf der Zahnflankenfläche erfasst wird. Mit anderen Worten verläuft die Höhenprofillinie innerhalb der Zahnflankenfläche der Art, dass sie parallel zu dem Kopf und oder dem Fuß des Zahns verläuft.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Qualitätswert ein Maximalwert oder ein Minimalwert der Höhenrelationen der Teilbereiche der Höhenprofillinie ist. Mit anderen Worten wird aus einer Menge, umfassend die Höhenrelationen der Teilbereiche der Höhenprofillinie die Höhenrelation als Qualitätswert des Zahnrads ausgewählt, welche einen Maximalwert oder einen Minimalwert dieser Höhenrelationen aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass es beispielsweise möglich ist, die Qualität des Zahnrads über einen maximale Abweichung oder Auffälligkeit in der Höhenprofillinie zu bestimmen. Es kann beispielsweise möglich sein, dass die Höhenrelation einen durchschnittlichen Höhenunterschied benachbarter Messpunkte beschreibt. Die Teilbereiche der Höhenprofillinie können jeweilige durchschnittliche Höhenunterschiede aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Der größte Höhenunterschied kann in diesem Fall als Qualitätswert zur Charakterisierung des Zahnrads verwendet werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Qualitätswert ein Durchschnittswert der Höhenrelationen der Teilbereiche der Höhenprofillinie ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass aus den Höhenrelationen der Teilbereiche ein geometrisches oder arithmetisches Mittel als Qualitätswert des Zahnrads gebildet wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich der Qualitätswert auf die gesamte Fläche bezieht.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Qualitätswert nach einem vorbestimmten Zuordnungsverfahren einem akustischen Kennwert zugeordnet wird. Mit anderen Worten wird für den Qualitätswert des Zahnrads durch die Messvorrichtung ein akustischer Kennwert ermittelt, der dem Zahnrad zugeordnet wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass über den Qualitätswert eine Aussage darüber getroffen werden kann, wie sich das Zahnrad während des Betriebs akustisch Verhalten kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in der Messvorrichtung eine Tabelle oder eine Formel gespeichert ist, welche die Zuordnung des akustischen Kennwerts zu dem Qualitätswert ermöglicht. Der akustische Kennwert kann beispielsweise ein Schalldruckpegel unter vorbestimmten Betriebsbedingungen sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Qualitätswert und/oder der akustische Kennwert durch die Messvorrichtung mit einem jeweiligen vorbestimmten Grenzwert verglichen wird und das Zahnrad bei einem Überschreiten von zumindest einem der Grenzwerte als fehlerhaft eingestuft wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass zumindest ein Grenzwert vorbestimmt ist, welcher durch die durch den Qualitätswert und/oder den akustischen Kennwert eingehalten werden muss. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein akustisches Verhalten des Zahnrads während des Betriebs gewährleistet ist.
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Die Erfindung umfasst auch eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, für jeweilige zusammenhängende Teilbereiche zumindest einer Höhenprofillinie nach einem vorbestimmten Höhenrelationsbestimmungsverfahren eine Höhenrelation zwischen zumindest zwei Messpunkten des jeweiligen Teilbereichs zu bestimmen, wobei die jeweiligen Teilbereiche eine vorbestimmte Bereichslänge aufweisen, die kürzer ist als eine Profillänge. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet ist, aus der Höhenrelation der jeweiligen Teilbereiche der zumindest einen Höhenprofillinie nach einem vorbestimmten Bewertungsverfahren einen jeweiligen Qualitätswert für das Zahnrad zu bestimmen, wobei die zumindest eine Höhenprofillinie in einer Zahnflankenfläche zumindest eines Zahns des Zahnrads erfasst ist und über die Profillänge der Höhenprofillinie Messpunkte aufweist, die eine jeweilige Höhe senkrecht zur Zahnflankenfläche beschreiben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 zwei Zähne eines Zahnrads;
- 2 Höhenprofillinien.
- 3 eine Höhenprofillinie mit einem Teilbereich;
- 4 eine weitere Höhenprofillinie mit einem Teilbereich;
- 5 einen möglichen Ablauf eines Verfahrens zur Qualitätsbewertung eines Zahnrads;
- 6 eine Relation zwischen dem Qualitätswert und dem akustischen Kennwert jeweiliger Zahnräder;
- 7 ein mögliches Verfahren um die Zuordnungsrelation zwischen dem Qualitätswert und dem akustischen Kennwert zu bestimmen; und
- 8 einen Vergleich einer Höhenprofillinie eines höheren akustischen Kennwerts mit einer Höhenprofillinie eines geringeren akustischen Kennwerts.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine Erfassung von Höhenprofillinien 1 an Zähnen 2 eines Zahnrads 3 mittels einer Messvorrichtung 4. Dargestellt sind zwei Zähne 2 des Zahnrads 3, an denen Höhenprofillinien 1 erfasst werden. Die Zähne 2 des Zahnrads 3 können beispielsweise jeweils zwei Zahnflankenflächen 5 aufweisen, welche sich von einem Fuß 6 zu einem Kopf 7 des jeweiligen Zahns 2 erstrecken können. Es kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung 4 dazu eingerichtet ist, die Höhenprofillinien 1 in einer jeweiligen Zahnflankenfläche 5 beispielsweise mittels eines Lasers oder eines mechanischen Abtastens zu erfassen. Entlang der jeweiligen Höhenprofillinie 1 können an vorbestimmten Positionen Messpunkte 8 erfasst werden, welche eine jeweilige Höhe der Zahnflankenfläche 5 an der jeweiligen Messpunkten 8 bezüglich einer Referenzhöhe beschreiben können.
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2 zeigt Höhenprofillinien 1, die an Zähnen 2 eines Zahnrads 3 erfasst wurden. Dargestellt sind Höhenprofillinien 1, wobei eine jeweilige Höhenprofillinie 1 an einem jeweiligen Zahn 2 des Zahnrads 3 erfasst wurde. Die jeweilige Höhenprofillinie 1 kann einen Verlauf einer Höhe 9 von einem Fuß 6 des jeweiligen Zahns 2 zu einem Kopf 7 des jeweiligen Zahns 2 beschreiben. Die Höhe 9 kann beispielsweise als Absolutwert in Mikrometern angegeben sein.
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3 zeigt eine Höhenprofillinie 1 mit einem Teilbereich 10. Die Höhenprofillinie 1 kann mehrere Messpunkte 8 aufweisen, welche einer jeweiligen Position entlang der Höhenprofillinie 1 eine jeweilige Höhe 9 bezüglich einer Referenzhöhe zuordnen können. Die Höhenprofillinie 1 kann eine vorbestimmte Profillänge 11 aufweisen, welche beispielsweise mit einer Distanz zwischen dem Fuß 6 zu dem Kopf 7 übereinstimmen kann. Eine Bereichslänge 12 des Teilbereichs 10 kann derart bemessen sein, dass sich genau zwei der Messpunkte 8 in dem Teilbereich 10 befinden können. Die Teilbereiche 10 können während der Auswertung durch ein sich entlang der Höhenprofillinie 1 verschieben Bereichslänge 12 gebildet werden, wodurch diese ein gleitendes Fenster sein kann. Aufgrund der Tatsache, dass sich zwei der Messpunkte 8 in dem Teilbereich 10 befinden, kann eine Auswertung einer Höhenrelationen, welche beispielsweise zwei direkt benachbarte Messpunkte 8 einbeziehen kann, erfolgen. Bei der Höhenrelation kann es sich beispielsweise um eine Höhendifferenz 14 der beiden Messpunkte 8 in dem Teilbereich 10 handeln. Über die Höhenprofillinie 1 kann somit ein Fenster mit der Bereichslänge 12 geschoben werden. In dem Beobachtungsfenster können die abgetasteten Messpunkte 8 mit unterschiedlichen Methoden ausgewertet werden. Die gewählten Höhenrelationen für die Untersuchung können geometrie- und herstellerabhängig sein.
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Der Anfang und das Ende des Auswertebereiches, für den die Teilbereiche untersucht werden, kann einstellbar sein, ebenso wie Grenzwerte.
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Folgende Höhenrelationen können ermittelt werden:
- Abweichungen zwischen nebeneinanderliegenden Messpunkten;
- Abweichungen zwischen dem Messpunkt einer minimalen und einer maximalen Höhe innerhalb der jeweiligen Teilbereiche;
- Durchschnittliche Abweichung der nebeneinanderliegenden Messpunkte;
- Durchschnittliche Abweichung zwischen dem Messpunkt einer minimalen und einer maximalen Höhe innerhalb der Teilbereiche
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4 zeigt die Höhenprofillinie 1 mit einem weiteren Teilbereich 10. Die Höhenprofillinie 1 kann den weiteren Teilbereich 10 aufweisen, wobei die vorbestimmte Bereichslänge 12 des Teilbereichs 10 derart bestimmt sein kann, dass sich mehrere der Messpunkte 8, beispielsweise drei oder mehr als drei Messpunkte 8 in dem Teilbereich 10 befinden können. Es kann vorgesehen sein, dass bei der Auswertung ein durchschnittlicher Höhenunterschied zwischen benachbarten Messpunkten 8 erfasst werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Spitze-Tal-Höhendifferenz 13 für den jeweiligen Teilbereich 10 bestimmt werden kann, indem die Höhendifferenz zwischen einem Messpunkt einer minimalen Höhe 15 und einem Messpunkt einer maximalen Höhe 16 berechnet wird. Es kann vorgesehen sein, dass nacheinander Teilbereiche 10 ausgewertet werden, wobei ein folgender Teilbereich 10 um eine Schrittlänge 17 um einen Messpunkt 8 gegenüber dem dargestellten Teilbereich 10 verschoben sein kann, sodass sich die beiden Teilbereiche 10 überlappen können. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schrittlänge 17 derart gewählt ist, dass sich Teilbereiche 10 nicht überlappen. In diesem Fall ist die Schrittlänge mindestens so groß wie die Bereichslänge 12.
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5 zeigt einen möglichen Ablauf eines Verfahrens zur Qualitätsbewertung eines Zahnrads.
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In einem ersten Schritt S1 kann durch die Messvorrichtung 4 eine geometrische Vermessung des Zahnrads 3 erfolgen, wobei zumindest eine Höhenprofillinie 1 über eine Profillänge 11 erfasst werden kann, die sich über die Zahnflankenfläche 5 zumindest des jeweiligen Zahns 2 des Zahnrads 3 von dem Fuß 6 zu dem Kopf 7 erstrecken kann. Die Höhenprofillinie 1 kann mehrere Messpunkte 8 aufweisen.
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In einem zweiten Schritt S2 kann durch die Messvorrichtung 4 eine Auswertung der Höhenprofillinie 1 erfolgen. Die Messvorrichtung 4 kann zusammenhängende Teilbereiche 10 der Höhenprofillinie 1 mit einer vorbestimmten Bereichslänge 12 auswählen. Die Bereichslänge 12 kann dabei kleiner sein als die Profillänge 11 der Höhenprofillinie 1. Für einen jeweiligen Teilbereich 10 kann nach einem vorbestimmten Bestimmungsverfahren eine Höhenrelation zwischen zumindest zwei der Messpunkte 8 des jeweiligen Teilbereichs 10 ermittelt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein durchschnittlicher Höhenunterschied zwischen benachbarten Messpunkten 8 als Höhenrelation gewählt ist. Alternativ dazu kann es auch vorgesehen sein, dass eine Spitze-Tal-Höhendifferenz 13 als Höhenrelation gewählt ist, welche eine Differenz zwischen einer minimalen Höhe 15 zu einer maximalen Höhe 16 des Teilbereichs 10 beschreiben kann. Die Auswertung kann für mehrere Teilbereiche erfolgen, wodurch für jeden der Teilbereiche 10 eine jeweilige Höhenrelation ermittelt werden kann.
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In einem dritten Schritt S3 kann aus den Höhenrelationen, die für die jeweiligen Teilbereiche 10 der Höhenprofillinie 1 ermittelt wurden, nach einem vorbestimmten Bewertungsverfahren ein jeweiliger Qualitätswert 18 bestimmt werden, welcher eine Qualität des Zahnrads 3 beschreiben kann. Der Qualitätswert 18 kann beispielsweise ein Maximalwert, ein Minimalwert oder ein Durchschnittswert der ermittelten Höhenrelationen der Höhenprofillinie 1 sein.
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In einem vierten Schritt S4 kann dem Qualitätswert 18 nach einem vorbestimmten Zuordnungsverfahren ein akustischer Kennwert 19 zugeordnet werden. Der akustische Kennwert 19 kann beispielsweise ein Schalldruckpegel sein, welcher für ein Zahnrad 3 des jeweiligen Qualitätswerts 18 bei vorbestimmten Betriebsbedingungen experimentell oder mittels einer Simulation bestimmt wurde. Der akustische Kennwert 19 kann somit beispielsweise ein zu erwartender Schalldruckpegel sein, der für das Zahnrad 3 des ermittelten Qualitätswertes 18 erwartet wird.
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In einem fünften Schritt S5 kann durch die Messvorrichtung 4 überprüft werden, ob vorbestimmte Grenzwerte 21,22 durch den Qualitätswert 18 und/oder den akustischen Kennwert 19 eingehalten werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Grenzwerte 21,22 derart gewählt sind, dass sie beispielsweise auf gesetzlichen Normen bezüglich einer zulässigen Lautstärke basieren. Überschreitet der Qualitätswert 18 oder der akustische Kennwert 19 den jeweiligen Grenzwert 21,22, kann das Zahnrad 3 durch die Messvorrichtung 4 als fehlerhaft bewertet werden, weil davon auszugehen ist, dass beispielsweise vorbestimmte Anforderungen bezüglich einer Geräuschentwicklung bei einer Verwendung des Zahnrads 3 nicht erfüllt werden können.
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6 zeigt eine Relation des der Qualitätswerts 18 und der akustischen Kennwerte 19 jeweiliger Zahnräder 3. Der Qualitätswert 18 kann beispielsweise aus einer durchschnittlichen Spitze-Tal-Höhendifferenz 13 einer Höhenprofillinie 1 des jeweiligen Zahnrads 3 ermittelt sein. Der akustische Kennwert 19 kann beispielsweise ein Schalldruckpegel sein, welcher für das jeweilige Zahnrad 4 unter vorbestimmten Betriebsbedingungen in einem Versuchstand erfasst wurde. Eine Hälfte der gezeigten Zahnräder 3a kann höhere Qualitätswerte 18 aufweisen als eine andere Hälfte der gezeigten Zahnräder 3b. Der akustische Kennwert 19 kann ein ermitteltes Verhältnis zu dem Qualitätswert 18 aufweisen. Somit kann es möglich sein, aus dem Qualitätswert 18 eine Prognose für den zu erwartenden akustischen Kennwert 19 zu treffen. Dadurch kann es möglich sein, die Grenzwerte 21,22 derart zu wählen, dass vorbestimmte akustische Eigenschaften bei einer Verwendung des jeweiligen Zahnrads 3 eingehalten werden können.
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Die Zahnräder 3 können hierdurch klassifiziert werden. Somit kann der Fertigungsprozess überwacht werden und bei Bedarf eine Optimierung der Bearbeitungsparameter erfolgen, wenn beispielsweise die Grenzwerte 21,22 durch Zahnräder 3 einer Serie überschritten werden.
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7 zeigt ein mögliches Verfahren zur Ermittlung einer Zuordnungsrelation zwischen dem Qualitätswert 18 und dem akustischen Kennwert 19. Es kann vorgesehen sein, dass zwei der Zahnräder 3 zu diesem Zweck in einer Maschine 20 angeordnet werden. Die Maschine 20 kann in einem vorbestimmten Betriebszustand betrieben werden. Während des Betriebs der Maschine können die jeweiligen akustischen Kennwerte 19 der Zahnräder 3 beispielsweise durch die Messvorrichtung 4 erfasst werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Mikrofons erfolgen, welches beispielsweise einen während des Betriebs der Maschine 20 gemessenen Schalldruckpegel als akustischer Kennwert 19 erfassen kann. Für die jeweiligen Zahnräder 3 kann der jeweilige Qualitätswert 18 durch die Verfahrensschritte S1, S2 und S3 bekannt sein, sodass eine Relation zwischen den akustischen Kennwerten 19 und den Qualitätswerten 18 der Zahnräder 3 bestimmt werden kann. Die Zuordnungsrelation kann in der Steuereinrichtung 23 gespeichert werden, um bei zukünftigen Bewertungsverfahren aus den Qualitätswert 18 in den zu erwartenden akustischen Kennwert 19 zu bestimmen. In einem Schritt S6 kann ein Profil der Zahnflankenfläche 5 ausgegeben werden. Bei zwei Zahnrädern 3b, welche die Grenzwerte 21,22 einhalten, kann die Maschine einen leisen Betrieb aufweisen. Überschreitet zumindest eines der Zahnräder 3a einen der Grenzwerte 21,22 kann die Maschine 20 im betrieb laut sein.
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8 zeigt zwei Flankenflächen 5a, 5b. Die Flankenflächen 5a, 5b können zu Zähnen 2 verschiedener Zahnräder 3 zugeordnet sein. Über die Profillänge 11 können für die Flankenflächen 5a, 5b jeweilige Höhenprofillinien 1a, 1 b erfasst sein, welche jeweilige Verläufe der Höhe 9 von dem Fuß 6 zu dem Kopf 7 des Zahns 2 umfassen. Aus den Höhenprofillinien 1a, 1b können die Qualitätswerte 18 für die jeweiligen Zahnräder 3 ermittelt worden sein. Für das Zahnrad 3 der Flankenfläche 5a wurde während des Betriebs ein akustischer Kennwert 19 erfasst, der den Grenzwert 22 übersteigt. Das Zahnrad 3 ist somit zu Laut während des Betriebs. Für die Flankenfläche 5a kann dazu ein Qualitätswert 18 ermittelt worden sein, welcher den Grenzwert 21 übersteigt.
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Im Vergleich dazu wurde für das Zahnrad 3 mit der Flankenfläche 5b während des Betriebs ein akustischer Kennwert 19 erfasst, der den Grenzwert 22 nicht überschreitet. Das zugehörige Zahnrad 3 ist somit während des Betriebs leise. Der über die Höhenprofillinie 1b ermittelte Qualitätswert 18 überschreitet den Grenzwert 21 nicht. Im direkten Vergleich ist erkennbar, dass die Flankenfläche 5a deutliche Rillen und lokale Schwankungen der Höhe 9 aufweist, welche in der Flankenfläche 5b nicht zu erkennen sind. Es besteht somit ein Zusammenhang zwischen der Oberflächenwelligkeit und den akustischen Eigenschaften des jeweiligen Zahnrads 3 während des Betriebs.
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Die Idee der Erfindung ist eine 2D Auswertung der Zahnflanken anhand abgetasteter Höhenprofillinien (beispielsweise an .MKA-Dateien einer Klingelnberg (KL) Messmaschine) von Zahnrädern. Mit der neuen 2D Auswertemethode ist es möglich über das Geräuschverhalten der Zahnräder Vorhersagen zu treffen.
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Die neue Auswertemethode, gibt Qualitätswerte 18, die sich Auf das Fenster beziehen und nicht auf die ganze Höhenprofillinie 1. Das ist neu gegenüber den bekannten Verfahren zur Qualitätsbestimmung, welche die Welligkeit bezogen auf die ganze Höhenprofillinie 1 bestimmen. Es hat sich herausgestellt, dass die Welligkeit der ganzen Höhenprofillinie 1 nicht zur Abschätzung der Lautstärke des Zahnrads 3 während des Betriebs geeignet ist.
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Anhand der geometrischen Verzahnungskenngrößen ist somit eine akustische Aussage nicht möglich. Bei einer Auswertung von vier Höhenprofillinien bei einer 4-Zahnmessung ist die Auswertung noch überschaubar bei einer Allzahnmessung mit einer Höhenprofillinie für jeden der Zähne des Zahnrads ist der Aufwand zu hoch. Zudem bedeutet eine Einhaltung der Verzahnungskenngrößen nicht, dass das Zahnrad einen geräuschlosen Betrieb des Getriebes ermöglicht.
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Durch das Verfahren ist keinen Zusatzmessung nötig. Alle Verzahnungsmessmaschinen können die abgetasteten Höhenprofillinien in einer Datei ausgeben. Die Auswertung ist sehr schnell und automatisiert durchführbar und funktioniert unabhängig von dem Messverfahren (Vierzahnmessung oder Allzahnmessung). Das Verfahren ermöglicht es auch, einen Verschleiß des Zahnrads zu verfolgen. Die Wahl der Höhenrelation ist flexibel parametrierbar, je nach Geometrie und Herstellverfahren. Es ist gegenüber den bekannten Verfahren kein großer Zusatzaufwand nötig. Es wird eine maßgebliche Auswertung und ein Vergleich der Zahnräder durch das Verfahren ermöglicht. Das Verfahren eignet sich auch für fertigungsbegleitende Auswertungen oder Standzeitermittlungen und Beobachtungen. Direkt nach der Fertigbearbeitung der Verzahnung im Einzelteilzustand (Anfang der Wertschöpfungskette) können die Zahnräder bewertet werden. So entstehen keine Mehrkosten, da keine Nachbearbeitung im ZSB Zustand nötig ist.
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Mit der neuen 2D Darstellung sind die für das Geräusch verantwortliche Oberflächenwelligkeiten viel besser erkennbar.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Bestimmung der akustischen Eigenschaften eines Zahnrads aus einer Höhenprofillinie ermöglicht wird.
