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Gerät zum Prüfen der Evolventenform von Zahnflanken bei Zahnrädern
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Prüfen der Evolventenform von Zahnflanken,
bei dem ein auf einem Schlitten angeordneter Taststift bei Drehung des Prüflings
mit Hilfe des Schlittens längs einer Tangente des Evolventengrundkreises verschoben
wird, und zeichnet sich dadurch aus, daß die Verschiebung des Taststiftes unter
Zwischenschaltung eines Rechengetriebes erfolgt, welches den Taststift um den Betrag
T = (r/sin v) # tg (u # sin v) verschiebt, wenn u der Drehwinkel des Prüflings,
r der Radius des Evolventengrundkreises und v der halbe Kegelwinkel eines zu prüfenden
kegeligen Zahnrades ist. Ein solches Gerät eignet sich für die Prüfung von Zahnflanken,
sowohl für kegelige als auch zylindrische Zahnräder, denn der Taststift beschreibt,
wie später zu zeigen sein wird, wenn v zwischen 0 und 90° liegt, eine exakte Kegelradevolvente
in der Basisebene des Kegels und er verschiebt sich für v = 0 nach der Gleichung
T = r # u, d. h., wie es sein muß nach der bekannten Gleichung ffir zylindrische
Zahnräder, weil für v = 0 das Kegelrad in ein Zylinderrad übergeht.
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Ein Evolventenprüfgerät zum Prüfen von Stirn-und Kegelrädern ist
aus der deutschen Patentschrift 637 563 bekannt. Dieses verwendet die Mittel, wie
, ie zum Prüfen von Stirnrädern bekannt sind, nämlich einen bei Drehung des Rades
langs einer Tangente des Grundkreises verschiebbaren Taststift. Zum Prüfen eines
Kegelrades wird dieses jetzt jedoch so weit geneigt, bis die zu prüfende Zahnflanke
senkrecht zum Taststift liegt. Wird jetzt der Taststift in bekannter Weise verschoben,
so beschreibt er näherungsweise eine Evolvente, welche sich durch Schrägschnitt
durch den zu prüfenden Kegelradzahn ergibt. Demzufolge ist auch das Prüfergebnis
nur ein näherungsweises. Im Gegensatz hierzu gibt das erfindungsgemäße Gerät mathematisch,
exakte Prüfwerte.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist das R. echengetriebe
vorteilhaft außer den Einstellmitteln für die GRößen v und r ein Glied auf, welches
den Drehwinkel M des Prüflings in einen Winkel w = u-sin v umwandelt, ferner ein
Glied, welches, betätigt durch die Einstellmittel für v und r, die Größe L = r/sin
v bildet, und schließlich ein Multiplikationsgetriebe, welches aus den Größen w
und L die Größe T= L tg w bildet.
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Das Glied zur Bildung der Größe w besteht zweckmäßig aus einem ersten
und einem zweiten Wälzsektor, einem ersten und einem zweiten Lineal, von denen das
erste am ersten Wälzsektor und das zweite am zweiten Wälzsektor abrollt und von
denen jedes in Richtung seiner Achse verschiebbar ist, und einer Scheibe, welche
mit den Enden der beiden Lineale verbunden ist, wobei der erste Wälzsektor mit dem
Prüfling in Drehverbindung steht und der zweite Wälzsektor zu-
sammen mit dem an
ihm abrollenden zweiten Lineal um eine Achse parallel zum ersten Lineal und die
Verlängerung der Drehachse des ersten Wälzsektors schneidend drehbar ist und daß
die Scheibe um ein, e Achse parallel zur Drehachse des ersten Wälzsektors und die
Drehachse parallel zum ersten Lineal schneidend drehbar ist.
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Um eine Drehung des zweiten Lineals aus einer Ebene parallel zur
Ebene des ersten Wälzsektors heraus um den Wimkel 90° - v vornehmen zu könnens sind
entsprechende Einstellmittel vorgesehen.
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Zur Bildung der Große L kann mit dem zweiten Lineal ein um dieselbe
Achse drehbares drittes Lineal vorgesehen sein, an dem eine stets parallel zur Drehachse
des Prüflings bleibende Gabel od. dgl. verschiebbar ist und wobei die Größe der
Verschiebung der Gabel auf einer Skala ablesbar ist. Wird das dritte Lineal mit
dem zweiten Wälzsektor durch ein Steusrorgan verbunden, welches dann auf das dritte
Lineal die Drehbewegung des zweiten Wälzsektors indentisch überträgt, dann dreht
sich also insbesondere das dritte Lineal mit dem zweiten Wälzsektor um denselben
Winkel el w dessen Ebene. Als besonders zweckmäßig hat sich bei diesem Gerät erwiesen,
das Steuerorgan vom zweiten Wälzsektor lösbar auszubilden und nach Belieben mit
dem zseiten Lineal verbindbar au, szugestalten, weil in diesem Fall die Verschiebung
des zweiten Lineals direkt auf das Lineal übertragen wird, was sich, wie später
an Hand der Zeichnung gezeigt werden wird, zur Bildung der Größe T = r # u, d. h.
also zur Prüfung von zylindrischen Zahnrädern als vorteilhaft erweist.
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Die Gabel ist zweckmäßig in diesem Fall außer in Richtung des dritten
Lineals auch in einer Richtung parallel zur Drebachse des zweiten Lineals verschiebbar,
wobei diese Verschiebung dann durch das dritte Lineal bewirkt wird. In diesem Fall
kann nämlich die Gabel den Taststift tragen, und der Taststift wird dann in Richtung
des zweiten Lineals um die Größe T verschoben.
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Damit Abweichungen des zu prüfenden Zahnrades von der vorgeschriebenen
Evolventenform graphisch erfaßt werden können, ist vorteilhaft der Taststift mit
einem Winkelhebel verbunden, dessen einer Arm einen Schreibstift trägt. Die Tastkugel
wird durch Federdruck stets an die Zahnflanke gelegt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 eine Skizze zur Erläuterung der der Erfindung zugrunde liegenden
Erkenntnis, Fig. 2 ein Gerät nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 bis 8 Darstellungen von Teilen der Fig. 2 zur Erläuterung der Wirkungsweise
des Gerätes, Fig. 9 eine teilweise geänderte Ausführungsform des Gerätes nach Fig.
2.
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In Fig. 1 ist ein räumlich dargesteller Kegel 1 längs einer Mantellinie
2 vom Grundkreispunkt A des Kegels bis zu dessen Spitze C aufgeschnitten. Der Kegelmantel
ist bis zur Linie B-C. wobei B wieder auf dem Grundkreis liegt, abgewickelt. Der
Punkt A ist dabei auf einer Kegelfläche mit dem Mittelpunkt in C und dem Radius
A-C in den Raum bis zum Punkt P gewandert. Sieht man die Kurve H-P als auf der Zahnflanke
eines Kegelradzahnes liegend an, dann könnte mit einem Taststift, welcher bei Drehung
des Prüflings um den zum Bogen A-B gehörenden Zentriwinkel u des Kegelradgrundkreises
3 mit dem Radius r die Kurve A bis P durchläuft, die Zahnflankenform exakt geprüft
werden. Eine solche Nachführung bereitet wegen der räumlichen Form der Kurve A-P
sehr große Schweierigkeiten. Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß eine
äquivalente Nachführung eines Taststiftes dann möglich ist, wenn die Kurve A-P in
eine Ebene projiziert wird, beispielsweise in die Ebene des Grundkreises 3. Wählt
man als Projektionszentrum die Kegelspitze C, dann projiziert sich die Kurve A-P
nach A-P' in die Grundkreisebene. Die Nachführung des Taststiftes ist dann in der
Ebene 3. vie es bei Evolventenprüfgeräten für zvlindrische Zahnräder bekannt ist,
möglich. d. h., der Taststift wird tangential zum Grundkreis 3 in Abhängigkeit vom
Drehwinkel u bewegt. Die GRöße T dieser Tangentialbewegung ist bei zylindrischen
Zahnrädern gleich r # u, d. h. gleich der Länge des abgewickelten Grundkreisborgens.
Im Falke der kegeligen Zahnräder ergibt sich eine Verschiebungsgröße T zu (r/sin
v) # tg (u # sin v), diese Größe T entspricht in Fig. 1 der Strecke B-P'.
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Fig. 2 zeigt ein Gerät, in dem ein Taststift in Abhängigkeit vom
Drehwinkel u um diesen Betrag T verschoben wird.
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Der Prüfling 4 ist zusammen mit einem Wälzsektor 5 auf einer drehbar
gelagerten Welle 6 angeordnet. Tangential zum Wälzsektor 5 ist ein axial verschiebbares
Lineal 7 vorgesehen, welches mit dem Wälzsektor 5 über ein Band 8 verbunden ist.
Um einen Zapfen 9 des Lineals 7 drehbar ist eine Gabel 10 befestigt, welche über
eine Seheibe 11 greift. Die Scheibe 11 ist um eine Achse 12 drehbar, wobei die Achse
12 parallel zur Welle 6 liegt. Parallel zum Lineal 7 ist eine Welle 13 gelagert.
Mit der Moelle 13 ist über V-erbindungsstangen 14 und 15 ein Lineal 16 verbunden,
derart, daß das Lineal 16 axiale Bewegungen ausführen kann. Das Lineal 16 weist
ebenso wie das Lineal 7 an seinem Ende um einen Zapfen 17 drehbar eine Gabel 18
auf. welche die Scheibe 11 umfaßt.
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Mit der Welle 13 ist ein 7eiger 42 verbunden, mit Hilfe dessen auf
einer ortsfesten Skala 43 die Schlvellkungsgröße des Lineals 16 um die Welle 13
ahgelesen
werden kann. Um einen auf der Welle 13 vorgesehenen Zapfen 19 ist ein Wälzsektor
20 drehbar. Der Wälzsel ; tor 20 steht über ein Band 21 mit dem Lineal 16 in Verbindung,
so daß das Lineal 16 bei Drehung des Wälzsektors 20 an diesem abrollt. Um einen
Zapfen 22 der Welle 13 ist ein Lineal 23 drehbar. Eine Stange 24, welche sowohl
am Lineal 23 als auch am Wälzsektor 20 angelenkt ist, verbindet diese beiden Teile.
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Die Stange 24 ist entfernbar. Eine zweite lösbare Verbindungsmöglichkeit
des Lineals 23 mit dem Lineal 16 ist gestrichelt dargestellt. Sie besteht aus einer
Verlängerungsstange 25, welche bei 26 mit dem Lineal 16 verbunden werden kann, und
einer an ihrem anderen Ende drehbar z-orgesehenen Gahel 27'* mit der sie das Lineal
23 umfaßt.
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Auf Führungen 27 und 28. welche in einer Ebene parallel zur Ebene
des Wälzsektors 5 angeordnet sind, sind zwei Führungskörper 29 und 30 verschiebbar.
In den Führungskörpern 29 und 30 ist eine Stange 31 axial verschiebbar angeordnet.
Mit dem Führungskörper 29 ist ein Alil ; roskop 32 verhullden, mit welchem auf einer
parallel zu den Führungen 27 und 28 liegenden Einheitsskala. 41 ein Wert abgelesen
werden kann.
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An der Stange 31 ist eine Stange 33 befestigt, welche durch ein Gewicht
34 stets senkrecht, d. h. parallel zu den Drehachsen 6 und 12 gehalten wird. Die
Stange 33 liegt in einer Führung des Lineals 23. An der Stange 31 ist eine Führung
35 für einen Taststift 36 vorgesehen, ferner ist an dieser Stange ein Zapfen 37
befestigt, welcher einen Winkelhebel 38 trägt. Der Winkelhebel steht einmal mit
dem Taststift 36 in Verbindung, und er trägt zum anderen einen Schreibstift 39,
mit welchem auf einer fest angeordneten Unterlage 40 eine Kurve aufgezeichnet werden
kann.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende : Ist der Radius des
Wälzsektors 5 gleich r1, und wird der Prüfling um den Winkel M gedreht, dann verschiebt
sich das Lineal 7 axial um r1 # u. Die Gabel 10 dreht dabei die Scheibe 11 um einen
Winkel u1 in die Lage 11' (vgl. Fig. 3. welche eine Ansicht von oben auf den Wälzsektor
5 und die Scheibe 11 darstellt).
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Dabei verschiebt sich der Angriffspunkt 17 der Gabel 18 um den Betrag
y. Ist das Lineal 16 aus einer Lage, in der es mit der Welle 13 in einer Horizontalebene
liegt, um den Winkel 90° - v geschwenkt, oder, was dasselbe ist, schließen die Stangen
14 oder 15 (Fig. 2) mit einer Senkrechten den Winkel v ein. ist ferner der Abstand
der Welle 13 vom Lineal 16 gleich a, dann gilt nach Fig. 4. weiche eine Seitenansicht
der Scheibe 11 darstellt, ß'sin?'=-.r.wenn.rdersenkrechteAbstand d. es Punlites
17 von der telle 12 bedeutet. Nach Fig. 3 folgt ferner y = x # u. was eine Verschiebungsgröße
v für den Punkt 17 des Lineal. 16 zu y = u # a # sin v ergibt.
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Fig. 5 zeigt eine Darstellung des Wälzsektors 20 in Draufsicht. Verschiebt
sich dort das Lineal 16 um den Betrag y. dann wird der Wälzscktor 20 um den Winkel
w gedreht. Der Winkel w ergibt sich zu y/a = n # sin v.
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Durch die Stange24kannnunderDrehwinke]K' auf das Lineal 23 übertragenwerden,indemsichdieses
dann im Punkt 22 ebenfalls um den Winkel w dreht (Fig. 6). oder es kann mit der
Stange 25 das Lineal 23 so umdenZapfen22geschwenktwerden,daßsichdie Gabel27'umvinRichtungderStange
25 nach 27 verschiebt (Fig. 8).
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Es sei zunächst das Lineal 23 durch die Stange 24 mit dem Wälzsektor
20 verbunden. In diesem Fall ergibt sich eine Schwenkung des Lineals 23. wie sie
in Fig. 6 dargestellt ist. Schwenkt das Lineal 23 um den
Punkt 22
um den Winkel und hat der Angriffspunkt 33'der Stange 33 am Lineal 23 den Abstand
L vom Zapfen 22. dann verschiebt sich bei dieser Schwenkung, da die Stange 33 in
den Fiihrungen 29 und 30 parallel zum Lineal 16 geführt ist. der Punkt 33'und damit
die Stange 33 um eine Strecke T nach 33". Aus der Fig. 6 folgt die Beziehung T =
L # tg w.
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Ist die Skala 41 so angeordnet, dal3 das Mikroskop 32 die Länge r
des Lotes vom Punkt 22 auf die Stange 33 anzeigt, dann gilt, da die Gabel 33 stets
senkrecht gehalten ist und demzufolge das Lineal 23 und die Stange 33 den Winkel
v einschließen (nach Fig. 7, welche eine Seitenansicht dieser Geräteteile darstellt),
L = r/sin v, womit schließlich T = (r/sin v) tg (u # sin v) wird. Um diesel Betrag
werden auch die Verbindungsstange 31 sowi, die Führung 35 für den Taststift 36 und
auch der Zapfen 37 für den Winkelhebel verschoben. Um diesen Betrag würde sich auch
der Taststift 36 verschieben, wenn er in der Führung 35 fest angeordnet wäre, d.
h. er würde also die eingangs erwähnte in di, Ebenedes Grundkreises projizierte
Evolvente beschreib, en. Der Taststift 36 ist nun jedoch in der Führung 35 verschiebbar,
und er wird durch eine Feder ständig gegen die zu prüfende Zahnnanke gedrückt. Zeigt
daher die zu prüfende Flanke Abweichungen von der Sollform, dann tritt eine Relativbewegung
zwischen der Führung 35 und dem Taststift 36 auf, welche iiber den Winkelhebel 38
und den Zeichenstift 39 aufgezeichnet wird.
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Zum Prüfen eines zylindrischen Zahnrades wird die Stange 24, welche
das Lineal 23 und den Wälzsektor 20 verbindet, entfernt und d durch das Glied 25,
27', welches das Lineal 23 und das Lineal 16 verbindet, ersetzt. Die Gabel 27'verschiebt
sich nunmehr, wie aub Fig. 8 zu ersehen ist, welche eine Draufsicht auf das Lineal
23 darsbellt, um den Betrag y. Der Punkt 33'verschiebt sich wieder um eine Größe
T in die Lage 33". Für T gilt jetzt jedoch T = v (L/a) = r u.
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Diese Verschiebungsgröße T ist notwendig, wenn man zylindrische Zahnräder
prüfen will, so daß das Gerät also mit der direkten Verbindung zwischen dem Lineal
23 und dem Lineal 16 zylindrische Zahnräder prüft.
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Aus der letzten Gleichung ist ersichtlich, daß die Größe T unabhängig
von dem eingestellten Winkel zZ ist, d. h. das Gerät prüft in jedem Fall zylindrische
Zahnräder, wenn nur das Glied 25 27'als Verbindungsglied gewählt worden ist.
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Es sei bemerkt, daß das Gerät mit derVerbindungsstange 24 zwischen
dem Lineal 23 und dem Wälzsektor 20 auch noch im Grenzfall v=90° die sieh dann ergebenden
Zahnräder prüft, in diesem Fall wird T = r # tg u.
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Fig. 9 zeigt eine geänderte Ausführungsform der Bewegungsübertragung
von dem Wälzsektor 20 auf das Lineal 23. Das Glied 25. 27'der Fig. 2 läuft in eine
Gabel 40'aus. deren Zinken Führungen für eine Stange 41'und eine das Lineal 16 verlängernde
Stange 42' bilden. Der Wälzsektor 20 weist eine Führung 45' auf, in der ein Ende
46'der Stange 41'geführt ist. ttels zweier Schrauben 43'und 44'kann die eine oder
die andere der Stangen 41'und 42'festgeklemmt werden. Wird z. B. die Schraube 43'angezogen,
dann findet bei Drehung des Wälzsektors 20 eine Bewegungsübertragung auf das Lineal
23 über die Stange 41'und die Gabel 40'statt. Diese Bewegungsübertragung entspricht
der Übertragung in Fig. 2 durch die Stange 24.
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Wird die Schraub 43'glelöst und die Schraube 44' angezogen, dann überträgt
die Gabel 40'ohne Zwischenschaltung des Sektors 20 die Bewegung des Lineals 16 direkt
auf das Lineal 23. Diese Bewegungsübertragung
entspricht der Übertragung durch das
Glied 25, 27'in Fig. 2.
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PATENTANSPR : 1. Gerät zum Prüfen der Evolventenform von Zahnflanken
bei Zahnrädern, bei dem ein auf einem Schlitten angeordneter Taststift bei Drehung
des Prüflings mit Hilfe des Schlittens längs einer Tangente des Evolventengrundkreises
verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Taststiftes unter
Zwischenschaltung eines Rechengetriebes erfolgt, welches den Taststift um den Betrag
T = (r/sin v) # tg (u # sin v) verschiebt, wenn u der Drehwinkel des Prüflings,
r derRadius des Evolventengrundkreises und v der halbe Kegelwinkel eines zu prüfenden
kegeligen Zahnrades ist.