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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Ermittlung
des Summenteilungsfehlers bei der Teilungsprüfung von gerad- oder schrägverzahnten
Zahnrädern und genuteten Teilen, bei der die Einzelteilungsfehler darstellenden
elektrischen Meßwerte gegebenenfalls nach Verstärkung auf ein Anzeigegerät, beispielsweise
ein Kompensationsmeß- bzw.
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Anzeigeinstrument gegeben werden.
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Bei der Güteprüfung, insbesondere von Zahnrädern, kommt der Ermittlung
der Einzelteilungsfehler und des Summenteilungsfehlers erhebliche Bedeutung zu,
da auf diesem Wege geklärt werden kann, in welchem Grad der Prüfling zur Übertragung
einer Drehbewegung ohne Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit und zur fehlerfreien
t : Übertragung von Winkelwerten in der Lage ist, da diese Eigenschaften nicht nur
entscheidenden Einfluß auf die Qualität von beispielsweise Rechengetrieben für Flugnavigations-
und Luftzielgeräte, von Fernlenkwaffen-und Raketensteueranlagen, von Theodoliten,
optischen Teilköpfen und Rundkeiltischen usw. haben, sondern auch beispielsweise
bei Druckmaschinen oder bei Teilvorrichtungen und Aufspanntischen von Werkzeugmaschinen
die Qualität der mit diesen Maschinen hergestellten Erzeugnisse maßgeblich mitbestimmen.
Darüber hinaus verursachen Teilungsfehler und Summenteilungsfehler bei Hochleistungsgetrieben
erhebliche dynamische Zusatzbeanspruchungen in den Zahnradzähnen und über die dabei
entstehenden Zentripetalkräfte in den Zahnradlagern und führen schließlich bei solchen
Getrieben zu unangenehmen Geräuschentwicklungen.
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Zur Ermittlung des Summenteilungsfehlers bedarf es zunächst der Messung
der Einzelteilungsfehler zwischen benachbarten Zähnen, wobei sich diese Messung
unter Erfassung sämtlicher Zähne über den gesamten Umfang des Zahnrades erstrecken
muß.
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Die sich dabei ergebenden positiven und negativen Abweichungen von
der Sollteilung ergeben dann bei schrittweiser algebraischer Addition zu dem oder
den vorhergehenden Werten Punkte und damit den Verlauf der Summenteilungsfehlerkurve.
Ist z. B. der erste Meßwert -2,9 9 der zweite Meßwert + 1,1 Fm und addiert man beide
Werte, dann ergibt sich ein Wert von 1,8 8 pm. Diese - 1,8 com werden mit dem nächstfolgenden
Meßwert, beispielsweise +2,1 Ftm addiert. Daraus ergibt sich 0,3 Stm usw. Aus der
so erhaltenen Kurve der Summenteilungsfehler ist dann der Gesamtteilungsfehler Ft
max in absoluter Größe als Summe des maximalen Plus- und des maximalen Minuswertes
der Summenteilungsfehlerkurve direkt ablesbar.
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In der Praxis wird die Teilungsprüfung bisher so durchgeführt, daß
z. B. mit einem Handteilungsmeßgerät die Einzelteilungsfehler zwischen benachbarten
Zähnen ermittelt und nacheinander graphisch aufgetragen werden. Diese graphische
Darstellung gibt zwar eine Aussage über die Größe einzelner Teilungssprünge fg oder
über den maximalen Teilungssprung, jedoch wird daraus keine Aussage über die wirklich
vorhandene Güte und Teilungsgenanigkeit des Prüflings und über die Größe des maximalen
Summenteilungsfehlers möglich, denn bei der Messung der Einzelteilungsfehler wird
immer nur die Abweichung zweier benachbarter Zähne von ihrem Sollteilungsabstand
festgestellt, wobei sich jedoch die Nullage der Messung auf den bei der vorhergehenden
Messung verwendeten und eventuell fehlerhaften
Zahn bezieht. Erst das Ausrechnen
des Summenteilungsfehlers und die graphische Darstellung der Summenteilungsfehlerkurve
ermöglichen aber eine Beurteilung der Güte eines Zahnrades in bezug auf seine Genauigkeit
in der Übertragung von Winkelgeschwindigkeiten und Drehwinkeln sowie auf seine Geräuschfreudigkeit
und Lebensdauer. Diese Berechnungen sind aber sehr umständlich und zeitraubend,
insbesondere für Zahnräder mit großem Durchmesser und entsprechend großer Zähnezahl,
so daß die Ermittlung des Summenteilungsfehlers meist unterbleibt, obwohl es seit
langem bekannt ist, daß er für die Beurteilung der Güte von Verzahnungen ein äußerst
wichtiges Kriterium ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben, mit
deren Hilfe die graphische Darstellung der Summenteilungsfehlerkurve und damit die
Ermittlung des Summenteilungsfehlers vollkommen selbsttätig in kürzester Zeit durchführbar
ist.
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Außerdem soll eine hohe Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse ohne
aufwendige und teure elektronische Rechenglieder erzielt werden.
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Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Anzeigegerät ein erstes Anzeigesystem
zur an sich bekannten Darstellung des Einzelteilungsfehlers und ein zweites Anzeigesystem
in Darstellung des Summenteilungsfehlers aufweist, daß die beiden Anzeigesysteme
über ein in Abhängigkeit von der Bewegung des ersten Anzeigesystems eine und ausschaltbares
Koppelglied miteinander koppelbar sind und daß das zweite Anzeigesystem mittels
eine und ausschaltbarer Klemmeinrichtungen im entkoppelten Zustand feststellbar
ist.
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Damit läßt sich also über zwei verschiedene Anzeigesysteme, deren
eines das Endglied beispielsweise eines Kompensationsmeß- bzw. Anzeigeinstrumentes
ist, unmittelbar aus der Messung der Einzelteilungsfehler mit Hilfe bekannter Tastköpfe
die graphische Darstellung des Summenteilungsfehlers durchführen.
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Somit können nun sowohl kleine als auch große Zahnräder direkt auf
der Verzahnmaschine geprüft werden, wobei der Fortfall langwieriger Rechenoperationen
die Ermittlung der Summenteilungsfehlerkurve nicht mehr aus Kostengründen nur auf
die Fälle beschränkt, bei denen überaus hohe Qualitätsanforderungen bestehen.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat es
sich als vorteilhaft erwiesen, daß die beiden Anzeigesysteme durch zwei nebeneinander
angeordnete Schreibwagen mit getrennten Gleitbahnen gebildet und durch eine Metallschiene
miteinander koppelbar sind, die mit dem ersten Schreibwagen fest verbunden und beim
zweiten Schreibwagen in einer Hülse geführt ist, und daß der zweite Schreibwagen
zur Koppelung eine auf die Metallschiene wirkende elektromagnetische Kupplung aufweist
und während der Rückkehr des ersten Schreibwagens durch einen Elektromagneten mit
seinem Gleitweg in der jeweils erreichten Stellung festgehalten ist. Dabei kann
für die Festhaltung eine über einen dünnen Metallstreifen am zweiten Schreibwagen
befestigte Lasche zwischen einem ortsfesten Teil des Gerätegehäuses und einer Klemmrolle
geführt sein, die durch einen Elektromagneten über einen um einen Drehpunkt schwenkbaren
Hebel in Richtung auf das ortsfeste Teil bewegbar ist.
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Bei einer derartigen Vorrichtung wird also eine
Auslenkbewegung
des ersten Schreibwagens von ihrem Beginn bis zu ihrem Maximum über die Metallschiene
auf den zweiten Schreibwagen übertragen, während nach Erreichen dieses Maximums
der die Kopplung herstellende Magnet am zweiten Schreibwagen abfällt und damit dem
ersten Schreibwagen die Rückkehr in seine Ausgangsstellung gestattet, wobei der
zweite Schreibwagen in der erreichten Stellung durch den Elektromagneten festgehalten
wird. Bei der nächstfolgenden Ausgabe eines einem Teilungsfehler entsprechenden
Meßwertes beginnt der erste Schreibwagen seine Bewegung von der Ausgangsstellung
aus in positiver oder negativer Richtung und nimmt dabei wiederum den zweiten Wagen
bis zum Erreichen des Maximums der Bewegung mit, so daß der die jeweils letzte Bewegung
verursachende Meßwert am zweiten Schreibwagen zu dem oder den vorausgegangenen Meßwerten
algebraisch addiert wird.
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Mit der Anordnung zweier Schreibwagen gelingt nicht nur die Aufzeichnung
der Summenteilungsfehlerkurve, sondern gleichzeitig auch die Aufzeichnung der Einzelteilungsfehler.
Für die Fälle jedoch, wo ausschließlich die Darstellung der Summenteilungsfehlerkurve
benötigt wird und verhältnismäßig wenig Platz für das Meß- und Anzeigegerät zur
Verfügung steht, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet sein,
daß das Seil eines durch Seilzug bewegten Schreibwagens über eine Seilrolle geführt
ist, deren Drehung für die Dauer der Koppelung durch eine elektromagnetische Kupplung
auf eine Welle übertragbar ist, daß eine mit dieser Welle fest verbundene Seilscheibe
über einen Seilzug mit einem Schreibwagen verbunden ist und daß die Welle durch
einen am Gerätegehäuse befestigten Elektromagneten fixierbar ist, der auf einen
an einem Ende der Welle angeordneten Flansch einwirkt.
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An Stelle der Elektromagneten können für die Koppelglieder auch hydraulische
oder pneumatische Kupplungen vorgesehen werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Ermittlung und graphische
Darstellung des Summenteilungsfehlers ohne jegliche aufwendige elektronische Rechenglieder.
Die reproduzierten Meßwerte sind, wie die Erfahrung gezeigt hat, mit einem maximalen
Fehler von 0,01 Fm behaftet, was in bezug auf die Größe der normal auftretenden
Einzelteilungsfehler vernachlässigt werden kann. Da der Schreib- oder Meßwagen beispielsweise
eines Kompensationsmeßgerätes mit einer beträchtlichen Zugkraft parallel zur Skala
geführt wird, weist die Vorrichtung auch unter schwierigen Betriebsbedingungen eine
außerordentlich hohe Langzeitkonstanz auf.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 zwei nebeneinander angeordnete
Schreibersysteme, F i g. 2 die Darstellung der von diesem System registrierten Kurven,
F i g. 3 das Kupplungs- und Bremsglied zur Übertragung der Bewegung vom Meßwagen
des Kompensationsmeßinstrumentes auf den Schreibwagen zur Ermittlung des Summenteilungsfehlers.
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Bei beiden Ausführungsformen wird die elektrische Meßgröße des Einzelteilungsfehlers
auf ein Kompensationsmeßgerät gegeben, das aus einem Meßmotor, Seilscheiben, Seilzug,
Meß- oder Schreibwagen und
Abgleichpotentiometer besteht. Die vom induktiven Taster
ermittelte Meßgröße wird mit der Ausgangsspannung (Kompensationsspannung) einer
mit konstanter Spannung gespeisten Wheatstonschen Brücke verglichen. Weichen die
Spannungen voneinander ab, so entsteht, je nachdem, ob die Kompensationsspannung
größer oder kleiner ist, eine positive oder negative Differenzgleichspannung. Über
Verstärker wird schließlich diese Spannung an die Steuerwicklung des Meßmotors gelegt.
Je nach Polarität der Differenzgleichspannung bewegt dieser über den Seilzug den
Meß- bzw. Schreibwagen entlang des Abgleichpotentiometers in der Brücke in der entsprechenden
Richtung, bis die Meßspannung und Kompensationsspannung wieder gleich sind. Durch
Wahl des Verstärkers und Meßmotors wird der Schreib- oder Meßwagen mit einer beträchtlichen
Zugkraft parallel zur Skala geführt. Infolgedessen kann von diesem Meß- bzw.
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Schreibwagen ein weiteres Organ ohne Beeinflussung der Empfindlichkeit
bewegt werden.
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In Fig. 1 sind zwei nebeneinander angeordnete Schreibersysteme gezeichnet.
Der zum Kompensationsmeßgerät gehörende Schreibwagen 1 bewegt sich auf der Gleitbahn
2 von seiner Nullage aus je nach Vorzeichen des Teilungssprungs nach rechts oder
links. Der den Summenteilungsfehler aufzeichnende Schreibwagen 6 bewegt sich auf
der Gleitbahn 5. Die mit dem Schreibwagen 1 fest verbundene Metallschiene 3 ist
im Schreibwagen 6 in einer Hülse 7 geführt. Beginnt der Schreibwagen 1 eine Bewegung,
wird der Elektromagnet 8 der Kupplung erregt, so daß die Bewegung über die Metallschiene
3 auf den Schreibwagen 6 übertragen wird. Nach Erreichen des Maximums der Auslenkbewegung
des Schreibwagens 1 fällt der Elektromagnet 8 der Kupplung ab, und es wird durch
den Elektromagneten 15 die erreichte Stellung des Schreibwagens 6 fixiert. Der Schreibwagen
1 geht nunmehr in seine Nullstellung zurück.
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Dabei schleift die Metallschiene 3 in der mit dem Schreibwagen 6 fest
verbundenen Hülse 7, ohne auf den Schreibwagen 6 eine Bewegung übertragen zu können.
In der gezeichneten Seitenansicht läßt sich die Klemmeinrichtung zur Fixierung der
Stellung des Schreibwagens 6 erkennen. Eine durch einen dünnen Metallstreifen 10
mit dem Schreibwagen 6 verbundene Lasche 11 bewegt sich bei unerregtem Magneten
15 zwischen dem ortsfesten mit dem Gehäuse verbundenen Teil 9 und der Klemmrolle
12. Bei erregtem Elektromagneten 15 wird die Klemmrolle 12 durch den Hebel 14 um
den Drehpunkt 13 gegen das Teil 9 bewegt und klemmt somit die Lasche 11 ein.
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Die von den beiden Schreibern aufgezeichneten Kurven zeigt die Fig.
2. Der Schreibwagen 1 des Kompensationsmeßgerätes ermittelt die Teilungssprünge
f,. Damit ergibt sich gleichzeitig eine Ablesemöglickheit für die Größe dieser Teilungssprünge.
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Der Schreibwagen 6 zeichnet die Summenteilungsfehlerkurve F, auf.
Diese Kurve stellt die Winkelgeschwindigkeitsänderungen des Prüflings dar, aus der
die absolute Größe des Gesamtteilungsfehlers Fit maus d. h. der maximale Winkelfehler
abgelesen werden kann. Es ist dies die Addition der absoluten Beträge des größten
Plus- und Minuswertes.
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Die F i g. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem auf die
graphische Darstellung der Teilungssprünge verzichtet wird und sich somit durch
geeignete Anordnung des Koppelgliedes eine kompaktere Bauweise erzielen läßt. Der
am Abgleichpotentiometer
des Kompensationsmeßgerätes entlang der
Gleitbahn 17 sich bewegende Schreibwagen 16 überträgt seine Bewegung durch das Seil
23 auf die Seilrolle 18 mit Flansch 19. Diese ist auf der Welle 21 gelagert. Mit
der Welle 21 fest verbunden ist der Kupplungsmagnet 20, die Seilscheibe 22 und der
Flansch 27. Der auf der Gleitbahn 26 geführte und die Summenteilungsfehlerkurve
zeichnende Schreibwagen 25 wird durch den um die Seilscheibe 22 geschleiften Seilzug24
bewegt. Der mit dem Gehäuse 30 über einen Metallstreifen 29 verbundene Elektromagnet
28 wirkt zur Fixierung des Schreibwagens 25 auf den Flansch 27 der Welle 21. Bei
der Auslenkbewegung des Schreibwagens 16 löst der Elektromagnet 28, und der Kupplungsmagnet
20 wird erregt, so daß der Flansch 19 der Seilrolle 18 einen Kraftschluß der Bewegung
auf die Welle 21 erwirkt. Nach Erreichen der maximalen Stellung der Auslenkbewegung
fällt der Kupplungsmagnet20 ab, der Elektromagnet 28 zieht an und fixiert die erreichte
Stellung des Schreibwagens 25.