DE1090871B - Verfahren und Einrichtung zum Messen von Kreisteilungen, insbesondere von Eingriffsteilungen, Zahndicken, Zahnlueckenweiten an verzahnten Teilen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum Messen von Kreisteilungen, insbesondere von Eingriffs teilungen, Zahndicken, Zahnlückenweiten an verzahnten Teilen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und die dazugehörige Einrichtung zum Messen von Kreisteilungen, insbesondere von Eingriffsteilungen, Zahndicken, Zahnlückenweiten an verzahnten Teilen, wobei der zwischen zwei Flächen des Prüflings zu messende Abstand durch zwei Fühlhebel abgetastet wird, von denen wenigstens einer schwenkbar ist.
• Bei den meisten der bisher bekannten Verfahren und Einrichtungen müssen die Fühlhebel nach der Messung aus den Zahnlücken herausgefahren, dann muß der Prüfling um eine Teilung weiterbewegt und schließlich müssen die Fühlhebel wieder in die Zahnlücken eingefahren werden, um die neue Messung durchführen zu können. Dadurch nimmt die Messung einer großen Anzahl von Teilungen sehr viel Zeit in Anspruch. Außerdem ist eine besondere Einrichtung erforderlich, mit der der Prüfling von Messung zu Messung um genau eine Teilung weiterbewegt und die Fühlhebelanordnung auf jeweils gleiche Tiefe zwischen die Zahnlücken eingefahren werden kann.
• Bei anderen bekannten Verfahren und Einrichtungen zum Prüfen verzahnter Teile wird dem Meßtaster (den Meßtastern) durch ein Getriebe eine sich ständig wiederholende Bewegung in einer geschlossenen Bahnkurve aufgezwungen, so daß seine Tastspitze bei jedem Durchlauf der Bahukurve zunächst in eine Zahnlücke des lose drehbar gelagerten, zu prüfenden Zahnrades eintritt, den Prüfling ein Stück weit (etwa eine Zahnteilung) mitnimmt und dann wieder aus der Zahnlücke aus tritt, um beim nächsten Durchlauf der Bahnkurve in die nächstfolgende Zahnlücke einzugreifen, und so fort. An einer bestimmten Stelle der Bahnkurve des oder der Meßtaster wird hierbei die Messung ausgeführt. Auch hier ist eine besondere Einrichtung erfor derlich, welche das Getriebe zur Erzeugung der Bahnkurven der Taster enthält. Die mit solchen Einrichtungen erhaltenen Meßwerte sind mit unterschiedlich großen Fehlern behaftet, weil die zur Weiterbewegung des Prüflings von Teilung zu Teilung durch den oder die Meßtaster erforderlichen Kräfte, die zugleich die Meßdrücke sind, von den Bewegungswiderständen des Prüflings abhängig sind und je nach Größe der Rei bungs- und Massenkräfte sehr unterschiedliche Werte annehmen können, die unter Umständen weit über den für genaue Messungen zulässigen Meßdrücken der Meßtaster oder Fühlhebel liegen. Mangels geeigneter Prüfgeräte konnten bisher mit keinem der bekannten Verfahren und den zugehörigen Einrichtungen sehr große Teile, z. B. Zahnräder, Zahnstangen, Verzahnungswerkzeuge u. dgl., vermessen werden. Auch eine Vermessung oder Prüfung verzahnter Teile - gleichgültig ob groß oder klein - im eingebauten Zustand, z. B. eines (großen) Zahnrades in dem es aufnehmenden Gehäuse oder eines auf die Verzahnmaschine auf- gespannten (auch kleinen) Verzahnungswerkzeuges war bisher nicht ohne weiteres möglich.
• Aus anderem Zusammenhang heraus ist es auch bereits bekannt, laufend aus einer Produktionsmaschine austretende Erzeugnisse, z. B. Flaschen, während ihres Weitertransportes einer Prüfung auf Maßhaltigkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Dichtheit u. dgl. zu unterwerfen. Hierzu dient eine Reihe gleichartiger Prüfeinrichtungen, die je eines der zu prüfenden Stücke erfassen, weitertransportieren, dabei die Prüfungen durchführen und schließlich die geprüften Stücke nach »Gut« und »Ausschuß« sortiert wieder freigeben, z. B. auf Förderbänder absetzen. Eine solche Einrichtung ist für die Prüfung von Zahnrädern od. dgl. wegen der benötigten Vielzahl gleichartiger, zugleich als Transportmittel dienender Prüfeinrichtungen extrem hoher Meßgenauigkeit aus wirtschaftlichen Gründen untragbar, zumal auch noch die Abmessungen und Formen der zu prüfenden verzahnten Teile sehr oft wechseln.
• Für die Prüfung eingebauter oder sehr großer verzahnter Teile ist eine solche Einrichtung überhaupt unbrauchbar.
• Durch die Erfindung sollen die geschilderten Nachteile vermieden und ein Verfahren und die zugehörige Meßeinrichtung zum Messen von Kreisteilungen, insbesondere von Eingriffsteilungen, Zahndicken, Zahnlückenweiten an verzahnten Teilen angegeben werden, wodurch wesentlich höhere Genauigkeiten möglich sind, die Meßzeit ganz wesentlich herabgesetzt und außerdem die Vermessung großer oder eingebauter verzahnter Teile ermöglicht wird. Dies wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß eine die Fühlhebel tragende Einrichtung gemeinsam mit dem verzahnten Teil (Prüfling) während des Meßvorganges mitbewegt wird, daß die Einrichtung nach der Messung des von einer von der Prüfapparatur unabhängigen Kraftquelle angetriebenen Prüflings um wenigstens eine Zahnteilung versetzt in die nächste Meßstellung eingefahren wird und daß die gegenseitige Lage der Fühlhebel während des Meßvorgangs mit Hilfe eines elektrischen Längenmeßgerätes ausgewertet wird. Dabei kann so vorgegangen werden, daß die die Fühlhebel tragende Einrichtung derart mit dem Prüfling in Wirkungsverbindung gebracht wird, daß sie von dem sich bewegenden Prüfling mitgenommen wird.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann nunmehr die Messung auch dann vorgenommen werden, wenn sich der Prüfling pausenlos bewegt. Nach be endeter Messung wird die Einrichtung aus der vermessenen Teilung heraus- und in die benachbarte Teilung eingefahren. Es ist also kein besonderes Prüfgerät mehr nötig, das den Prüfling um genau eine Teilung zwischen den einzelnen Messungen weiterbewegt.
• Ebenso können die Prüflinge auch dann vermessen werden, wenn sie sehr große Abmessungen haben und/ oder in einer Maschine eingebaut sind. Durch die Verwendung der beschriebenen Kapazitätsmessung lassen sich außerdem außerordentlich hohe Meßgenauigkeiten erzielen.
• Die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß die beiden Fühlhebel auf einer Tragplatte angeordnet sind, die in einer Ebene derart allseitig verschiebbar ist, daß sie einer vorzugsweise kontinuierlichen Bewegung des Prüflings gleichabständig nachführbar ist, daß zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Abstandes zwischen Prüfling und Tragplatte zwei einstellbare, sich gegen Anschlagflächen des Prüflings anlegende Abstandsstifte an der Tragplatte angeordnet sind, daß mit den beiden Fühlhebeln je ein Kondensatorbelag fest verbunden ist, dessen Abstand von einem auf der Tragplatte fest angeordneten Kondensatorbelag durch eine Schwenkbewegung des Fühlhebels veränderbar ist und daß der Abstand der Kondensatorbeläge unter Zuhilfenahme einer an sich bekannten Überlagerungsschaltung als Maß für den zu messenden Abstand der Flächen des Prüflings ausgewertet wird. Um eine Anpassung an die jeweils zu messende Größe durchführen zu können, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß wenigstens einer der Fühlhebel auf einem Schlitten gelagert ist, der auf der Tragplatte verschiebbar ange ordnet ist. Wegen der elektrischen Messung kann der Anpreßdruck der Fühlhebel an die Meßflächen sehr gering gehalten werden. Es empfiehlt sich, die Anpressung dadurch zu bewirken, daß die Fühlhebel -durch eine Feder mit einstellbarer Kraft an die abzutastenden Flächen des Prüflings angelegt sind. Um eine einwandfreie und leichtgängige Verschiebbarkeit der Tragplatte zu erzielen, ist es zweckmäßig, die Tragplatte mittels Kugeln auf einer horizontalen Grundplatte allseitig verschiebbar zu lagern. Wegen ihrer allseitigen Verschiebbarkeit kann die Tragplatte mit den Fühlhebeln und den Abstandsstiften in den sich bewegenden Prüfling eingeführt und in dieser Lage von dem sich pausenlos bewegenden Prüfling mitgenommen werden, wobei sich ihre Relativlage zum Prüfling nicht ändert, so daß eine einwandfreie Messung trotz der Bewegung des Prüflings möglich ist.
• Die Anordnung kann so getroffen werden, daß die mit den auf der Tragplatte schwenkbar gelagerten Fühlhebel fest verbundenen E;ondensatorbeläge der art angeordnet sind, daß sie mit den auf der Trag- platte fest angeordneten Kondensatorbelägen derart zusammenarbeiten, daß gleichsinnige Schwenkbewegungen der Fühlhebel gegensinnige Kapazitätsänderungen erzeugen. Dazu ist nur notwendig, die beweglichen Kondensatorbeläge so anzuordnen, daß bei gleichsinniger Schwenkbewegung der Fühlhebel der eine Kondensatorbelag seinen Abstand von dem ihm zugeordneten festen Kondensatorbelag verkleinert. während der Abstand der beiden anderen Kondensatorbeläge vergrößert wird, wobei gleich großen Winkelbewegungen der Fühlhebel gleich große und entgegengesetzte Kapazitätsänderungen der beiden Kondensatoren zugeordnet werden, so daß sich die Gesamtkapazität beider Kondensatoren nicht ändert. Das elektrische Längenmeßgerät kann so aufgebaut sein, daß die Kapazitätswerte beider Kondensatoren in an sich bekannter Weise in Frequenzen umgewandelt, diese Frequenzen zu einer Gleitfrequenz überlagert, gegebenenfalls mit einer einstellbaren Eichfrequenz verglichen und nach Verstärkung und Umwandlung in Strom-oder Spannungswerte angezeigt, registriert oder hörbar gemacht werden. Selbstverständlich können an die Stelle der Kapazitäten auch Induktivitäten treten. Damit die Tragplatte durch die Bewegung des Prüflings selbsttätig mitgenommen wird, ist es zweckmäßig, die Tragplatte durch wenigstens zwei Andrückfedern mit einstellbarer Kraft gegen den Prüfling anzupressen und die Abstandsstifte gegen radial und tangential zur Bewegungsrichtung des Prüflings an diesem vorgesehene Anschlagflächen abzustützen. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn sich die die Tragplatte gegen den Prüfling anpressenden Federn gegen ein kugelgeführtes Lineal abstützen, das parallel oder tangential zur Bewegungsrichtung des Prüflings verschiebbar ist.
• Im einzelnen ergeben sich die zu schützenden Merkmale aus den Patentansprüchen. Darüber hinaus in den Zeichnungen dargestellte Einzelheiten sollen nur zur besseren Erläuterung dienen, sie bilden keinen Teil der Erfindung.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt in schematischer Darstellung Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meß einrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 ein erstes Prinzipschaltbild für ein mit zwei Meßkondensatoren arbeitendes elektrisches Meßgerät, Fig. 4 ein zweites Prinzipschaltbild eines solchen Meßgerätes.
• Bei der in Fig. 1 und 2 dargstellten Einrichtung ist der als Zahnrad dargestellte Prüfling mit 1 bezeichnet, der von einer äußeren Kraftquelle angetrieiben, im vorliegenden Fall gedreht wird. Bei einer Zahnstange als Prüfling ergäbe sich eine Längsbewegung der Zahnstange Auf einer horizontalen Grundplatte 2 ist eine Tragplatte3 mittels Präzisionskugeln 4 allseitig beweglich gelagert. Auf der Tragplatte 3 sind zwei querverschiebbare Schlitten 5 und 6 angeordnet. die mittels Feststellschrauben 7 und 8 in ihrer gegenseitigen Lage feststellbar sind und Lagerzapfen 9 und 10 für die schwenkbare Lagerung je eines Fühlhebels 11 und 12 tragen. Zur einwandfreien Lagerung der Fühlhebel 11 und 12 auf den Lagerzapfen 9 und 10 sind Kugellager 13 vorgesehen. Die zu Abtastkugeln 14 und 15 ausgebildeten Enden der Fühlhebel ragen in zwei benachbarte Zahnlücken des Prüflings 1 hinein und legen sich dort z. B. in Höhe des Teilkreises in gleicher Richtung gegen die Zahnflanken 16 und 17 an. In diesem Fall soll der Abstand zweier gleichlaufender benachbarter Zahnflanken, d. h. die Zahnteilung, gemessen werden. Würde die Abtastkugel 14 an die Zahnflanke 17' angelegt werden, ließe sich die Zahndicke und bei Anlage der Abtastkugel 14 (wie gezeichnet) an die Flanke 16 und der Abtastkugel 15 an die Flanke 17' ließe sich die Zahnlückenweite messen.
• Um die Abtastkugeln mit einstellbarem Meßdruck an die Zahnflanken anzulegen, sind zwischen den Schlitten 5 und 6 und den Fühlhebeln 11 und 12 Federn 18 und 19 vorgesehen, deren Vorspannung dadurch geändert werden kann, daß eines ihrer Widerlager 20 bzw. 21 in der Kraftrichtung der Federn verschoben und durch Feststellmittel 22 bzw. 23 eingestellt werden kann.
• An der Tragplatte 3 sind weiter zwei Abstandsstifte 24 und 25 mittels Klemmschrauben 26 und 27 ein- und feststellbar angeordnet. Die Enden der Abstandsstifte berühren einerseits den Fußkreis 28 des Prüflings und andererseits entgegengesetztliegende Zahnflanken 29 und 30, wodurch die Lage der Tragplatte 3 zum Prüfling 1 eindeutig bestimmt ist. Die Tragplatte 3 wird durch Andrückfedern 31 und 32 mit einstellbarer Kraft gegen den Prüfling gedrückt. Die Andrückfedern 31 und 32 stützen sich hierbei gegen ein tangential zur Bewegungsrichtung des Prüflings 1 verschiebbares Lineal 33 ab, das mittels Kugeln 34 gegen eine senkrechte Rückwand 35 der Grundplatte leicht beweglich ist. Zur Einstellung der Vorspannung der Andrückfedern dienen Einstellschrauben 36 und 37.
• Gegenüber den Abtastkugeln und jenseits der Lagerzapfen 9 und 10 sind an den schwenkbaren Fühlhebel 11 und 12 Kondensatorbeläge 38 und 39 befestigt, die mit auf den Schlitten 5 und 6 fest angeordneten Kondensatorbelägen 40 bzw. 41 je einen Kondensator 38/40 und 39/41 bilden. Bei einer Schwenkbewegung der Fühlhebel ändern sich die Kapazitäten der Kondensatoren38/40 und 39/41, weil die an den Fühlhebeln 11 und 12 befestigten Kondensatorbeläge 38 und 39 ihre Stellung gegenüber den festen Kondensatorbelägen 40 und 41 ändern. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei gleichsinniger und gleich großer Schwenkbewegung der Fühlhebel gleich große, aber entgegengesetzte Kapazitätsänderungen der Kondensatoren 38/40 und 39/40 eintreten, so daß die Gesamtkapazität beider Kondensatoren unverändert bleibt.
• Gemäß Fig. 3 werden die Kapazitätswerte der Kondensatoren 38/40 in je einem Schwingkreis A und R in Frequenzwerte umgewandelt, in einer Mischstufe C überlagert, in einer Verstärkerstufe D verstärkt, in einer Umwandlungsstufe E in Strom- oder Spannungswerte umgewandelt und schließlich mit Hilfe eines Anzeigegerätes F, eines Registriergerätes G oder eines Lautsprechers H ausgewertet.
• Fig. 4 zeigt eine andere Schaltung, bei der die beiden Kondensatoren 38/40 und 39/41 in einem gemeinsamen Schwingkreis J liegen, so daß eine der Differenz der Kapazitätswerte entsprechende Gleitfrequenz entsteht, die mit einer in einem Schwingkreis K erzeugten einstellbaren Festfrequenz in einer Mischstufe L verglichen wird. Nach Verstärkung in einer VerstärkerstufeM und Umwandlung in Strom- und Spannungswerte ist eine Auswertung, wie bei Fig. 3 beschrieben, möglich.
• Die Wirkungsweise der gesamten Meßeinrichtung ist folgende: In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Meßeinrichtung zum Prüfling 1 ergeben sich für die Kondensatoren 38/40 und 39/41 bestimmte Kapazitätswerte, die ein Maß für den zu messenden Abstand zwischen den Zahnflanken 16 und 17 darstellen und mit einem elektrischen Meßgerät nach Fig. 3 oder 4 ausgewertet, z. B. registriert werden. Dreht sich während des Meßvorganges der Prüfling 1, dann bleibt die Relativlage zwischen der Tragplatte 3 und damit der Abtastkugeln 14 und 15 und dem Prüfling 1 unverändert, weil dieser die durch die Andrückfedern 31 und 32 an den Prüfling angepreßte Tragplatte 3 über die Abstandsstifte 24 und 25 mitnimmt, ohne daß eine Relativbewegung zwischen Meßeinrichtung und Prüfling eintritt. Nach der Messung kann dann die Tragplatte 3 gegen die Kraft der Andrückfedern 31 und 32 zurückbewegt und die Abtastkugeln 14 und 15 der Fühlhebel 11 und 12 können zusammen mit den Abstandsstiften in die jeweils nächsten Zahnlücken des sich weiterdrehenden Prüflings eingeführt werden, Durch die Abstandsstifte 24 und 25 und die Anpressung durch die Federn 31 und 32 ist sichergestellt, daß auch bei der neuen sich anschließenden Messung genau die gleiche Relativlage der Meßeinrichtung zum Prüfling vorhanden ist wie bei der vorangegangenen Messung. Ändert sich der Abstand der Meßflächen, d. h. der Zahnflanken 16 und 17, dann verändern die Fühlhebel durch Schwenkung um die Lagerzapfen 9 oder 10 ihre Lage zueinander, wodurch auch die Kapazitäten der Kondensatoren 38/40 oder 39/41 geändert werden. Diese Kapazitätsänderung wird durch das elektrische Meßgerät ausgewertet und angezeigt, wobei man je nach Schaltung die Absolutwerte des zu messenden Abstandes oder die Abweichungen von einem Sollwert erhalten kann. Selbstverständlich können auch an Stelle der Kapazitäten mit gleichem Erfolg Induktivitäten verwendet werden.
• PATENTANSPRVCHE 1. Verfahren zum Messen von Kreisteilungen, insbesondere von Eingriffs teilungen, Zahndicken, Zahnlückenweiten an verzahnten Teilen, wobei der zwischen zwei Flächen des Prüflings zu messende Abstand durch zwei Fühlhebel abgetastet wird, von denen wenigstens einer schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Fühlhebel tragende Einrichtung gemeinsam mit dem verzahnten Teil während des Meßvorganges mitbewegt wird, daß die Einrichtung nach der Messung des von einer von der Prüfapparatur unabhängigen Kraftquelle angetriebenen Prüflings um wenigstens eine Zahnteilung versetzt in die nächste Meßstellung eingefahren wird und daß die gegenseitige Lage der Fühlhebel während des Meßvorganges mit Hilfe eines elektrischen Längenmeßgerätes ausgewertet wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fühlhebel tragende Einrichtung derart mit dem Prüfling in Wirkverbindung gebracht wird, daß sie von dem sich bewegenden Prüfling mitgenommen wird.

   3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fühlhebel (11, 12) auf einer Tragplatte (3) angeordnet sind, die in einer Ebene derart allseitig verschiebbar ist, daß sie einer kontinuierlichen Bewegung des Prüflings (1) gleichabständig nachführbar ist, daß zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Abstandes zwischen Prüfling und Tragplatte zwei einstellbare, sich gegen Anschlagflächen des Prüflings anlegende Abstandsstifte (24, 25) an der Tragplatte angeordnet sind, daß mit den beiden Fü ebeln (11, 12) je ein Kondensatorbelag (38, 39,\ fesT verbunden ist, dessen Abstand von je einem auf der Tragplatte fest angeordneten Kondensatorbelag (40,41) durch eine Schwenkbewegung des Fühlhebels veränderbar ist und daß der Abstand der Kondensatorbeläge unter Zuhilfenahme einer an sich bekannten Uberlagerungsschaltung als Maß für den zu messenden Abstand der Flächen (16, 17) des Prüflings ausgewertet wird.

   4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Fühlhebel auf einem Schlitten (6) gelagert ist, der auf der Tragplatte (3) verschiebbar angeordnet ist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlhebel (11, 12) durch eine Feder (18, 19) mit einstellbarer Kraft an die abzutastenden Flächen (16, 17) des Prüflings (1) angelegt sind.

   6. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (3) mittels Kugeln (4) auf einer horizontalen Grundplatte (2) gelagert ist.

   7. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (3) durch wenigstens zwei Andrückfedern (31, 32) mit einstellbarer Kraft über die Abstandsstifte (24, 25) gegen den Prüfling angepreßt ist und daß sich die Abstandsstifte (24,25) gegen Anschlagflächen des Prüflings (1) derart abstützen, daß die Tragplatte durch eine Bewegung des Prüflings mitgenommen wird.

   8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Andrückfedern (31, 32) gegen ein kugelgeführtes Lineal (33) abstützen. das parallel oder tangential zur Bewegungsrichtung des Prüflings verschiebbar ist.

   9. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Fühlhebeln (11, 12) verbundenen Kondensatorbeläge (38, 39) mit den auf der Tragplatte angeordneten Kondensatorbelägen (40, 41) so zusammenwirken, daß gleichsinnige Schwenkbewegungen der Fühlhebel gegensinnige Kapazitätsänderungen erzeugen.

   10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätswerte beider Kondensatoren in an sich bekannter Weise in Frequenzen umgewandelt, diese Frequenzen zu einer Gleitfrequenz überlagert, gegebenenfalls mit einer einstellbaren Eichfrequenz verglichen und nach Verstärkung und Umwandlung in Strom- oder Spannungswerte angezeigt, registriert oder hörbar gemacht werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 854438, 891 455, 905324,898969, 814221,957522,852456; USA.-Patentschrift Nr. 2 352 091; Paul Martin Pf 1 i er, Elektrische Messung mechanischer Größen, 3. Auflage, Berlin, 1948, S. 61 bis 74, 83 bis 86.