DE19737231A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Richten von Wellen mit Lauf- oder Steckverzahnung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Richten von Wellen mit Lauf- oder SteckverzahnungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach Oberbe
griff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem An
spruch 6.
Beim Richten von Wellen mit Lauf- oder Steckverzahnungen
werden in vielen Fällen Lehrzahnräder zur Rundlaufmessung
eingesetzt, um die Wellen relativ zu dem für den späteren
Einsatz dieser Werkstücke relevanten Betriebswälzkreis
richten zu können. Eine Welle mit einem einen Rundlauf
fehler aufweisenden Betriebswälzkreis führt im Einsatz zu
Schwingungen und Geräuschen.
Es ist bekannt, den Rundlauffehler vektoriell zu erfassen,
d. h. den Azimut und den Betrag der größten Abweichung von
einem idealen Betriebswälzkreis zu bestimmen. Die Welle
wird dabei zwischen Spitzen gespannt, und es befindet sich
die Wellenverzahnung im Eingriff mit einem entsprechend
dem späteren Gegenzahnrad unterhalb der Welle angeordneten
Lehrzahnrad, welches eine Verlagerung senkrecht zur Ver
bindungsachse der Spitzen ausführt, die dem Rundlauffehler
entspricht. Das Lehrzahnrad ist hierzu an einer Schwinge
gelagert, deren Verschwenkung beim Umlauf der Welle meß
technisch erfaßt wird. Die maximale Verlagerung entspricht
dem "Schlag" der Welle, d. h. dem Rundlauffehler, der die
maximale Abweichung von der geraden Achse um einen be
stimmten Betrag bedeutet, die in einer bestimmten Richtung
gelegen ist. Die Welle wird so gedreht, daß diese Richtung
dem Richtstempel entgegen gerichtet ist. Anschließend wird
der Rundlauffehler mittels des Richtstempels ausgeglichen,
der die Welle entgegen dem Rundlauffehler durchbiegt, bis
die Fließgrenze an einigen Stellen überschritten ist und
die Welle eine bleibende Verformung im Sinne einer gerade
ren Ausrichtung erfährt.
Das Richtverfahren unter Zuhilfenahme eines Lehrzahnrades
führt nicht in allen Fällen zu befriedigenden Ergebnissen.
Es geht nämlich in das Meßergebnis nicht nur die Verlage
rung des Betriebswälzkreises der Wellenverzahnung, sondern
diejenige des Betriebswälzkreises des Lehrzahnrades ein.
Für viele Getriebewellen werden Rundlaufgenauigkeiten
gefordert, die nicht ausreichend über den auch bei präzise
gefertigten Lehrzahnrädern vorhandenen Rundlauffehlern
liegen.
Für Schalt- oder Lenkgetriebe heutiger Kraftfahrzeuge sind
beispielsweise maximale Rundlaufabweichungen von etwa 0,03
mm üblich, die Rundlaufabweichung von Lehrzahnrädern er
reicht jedoch bis 0,01 mm. Der dadurch bedingte Meßfehler
übersteigt das in der Fertigungsmeßtechnik übliche Ver
hältnis für die Meß- zur Fertigungsgenauigkeit
vom 1 : 10 erheblich.
Zum Ausgleich für den grundsätzlichen Fehler der Verlage
rungsmeßeinrichtung muß die jeweilige Welle genauer als
eigentlich notwendig gerichtet werden. Dies bedeutet mehr
Richthübe, entsprechend mehr Maschinentaktzeit und vor
allem auch eine unerwünschte Belastung der meist oberflä
chengehärteten Welle mit der Gefahr des Ausfalls durch
Rißbildungen während des Richtvorgangs. Dabei ist zu be
rücksichtigen, daß die Anzahl der bis zur Erreichung der
Toleranzgrenze notwendigen Richthübe überproportional zum
Kehrwert der Richtgenauigkeit anwächst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Richten von
Wellen mit Wellenverzahnungen bei geringerem Aufwand ge
nauer zu gestalten.
Diese Aufgabe wird in ihrem verfahrensmäßigen Aspekt durch
die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung, in ihrem vor
richtungsmäßigen Aspekt durch die in Anspruch 7 wiederge
gebene Erfindung gelöst.
Der Grundgedanke besteht also darin, den Rundlauffehler
des Lehrzahnrades nicht einfach hinzunehmen, sondern ihn
bei der Bestimmung des Rundlauffehlers der Wellenverzah
nung zu berücksichtigen, indem er kompensiert wird. Die
entsprechend korrigierte Verlagerung des Lehrzahnrades
gibt dann die tatsächliche Verlagerung der Wellenverzah
nung aufgrund des Rundlauffehlers der Welle wieder. Der
Rundlauffehler der Welle kann auf diese Weise genau be
stimmt und herausgerichtet werden, ohne daß es zu einer
Toleranzzone aufgrund der Ungenauigkeit des Lehrzahnrades
kommt.
Gemäß Anspruch 2 kann der Rundlauffehler des Lehrzahnrades
einmalig vor dem Richten bestimmt werden, um bei allen
späteren Messungen berücksichtigt zu werden. Der Rundlauf
fehler ist ja eine unveränderliche Eigenschaft des indivi
duellen Lehrzahnrades. Der einmal bestimmte Rundlauffehler
wird in einer geeigneten Form nach Betrag und Richtung,
d. h. gewissermaßen vektoriell, gespeichert und auf diese
Weise dem bestimmten Lehrzahnrad zugeordnet.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist gemäß Anspruch 3
das Merkmal, daß der Rundlauffehler des Lehrzahnrades in
der Biegerichtmaschine selbst bestimmt wird, d. h. ohne
eigene Einrichtung zur Aufspannung des Lehrzahnrades bei
der Bestimmung seines Rundlauffehlers.
Die Richtmaschine dient in dieser Funktion nicht nur zum
Richten der Welle, sondern auch zum vorherigen Bestimmen
des Rundlauffehlers des Lehrzahnrades, also gewissermaßen
zu dessen Eichung.
Insbesondere kann gemäß Anspruch 4 der Rundlauffehler des
Lehrzahnrades in der Richtmaschine bestimmt werden, indem
eine beliebige Wellenverzahnung, bei der der Rundlauffeh
ler des Betriebswälzkreises nicht bekannt ist, und das
Lehrzahnrad in Eingriff miteinander bei verschiedenen
Eingriffsstellungen gedreht und die jede Eingriffsstellung
zugeordneten Verlagerungen des Lehrzahnrades senkrecht zu
der Verbindungsachse der Drehaufnahmen gemessen und daraus
der Rundlauffehler des Lehrzahnrades rechnerisch ermittelt
werden.
Dies geschieht bei der bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung gemäß Anspruch 5 in der Weise, daß der tatsäch
lich gemessene und mit Schwankungen behaftete Verlage
rungsverlauf bei der Drehung des Lehrzahnrades bei jeder
Eingriffsstellung über eine volle Umdrehung des Lehrzahn
rades einer Fourieranalyse unterworfen wird, um eine sau
bere Sinuskurve zu erhalten, an der die Lage des Maximums
der Verlagerung nach Betrag und Winkel eindeutig ablesbar
ist.
Wenn eine genügende Zahl von Verlagerungsverläufen und die
Maxima der Verlagerungen nach Betrag und Richtung über
jeweils eine Umdrehung des Lehrzahnrades vorliegen, läßt
sich daraus der Rundlauffehler des Lehrzahnrades heraus
rechnen.
Wichtige Aspekte der Erfindung sind gemäß Anspruch 6 die
selbsttätige Steuerung der für die Bestimmung des Rund
lauffehlers des Lehrzahnrades notwendigen Arbeitsschritte
nach einem vorgegebenen Programm und gemäß Anspruch 7 die
Wiederholung der Bestimmung zur Verschleißkontrolle.
Dies ist auch Gegenstand des auf die Biegerichtvorrichtung
gerichteten Anspruchs 8.
Ansprüche 9 und 10 haben den Einsatz der Fourieranalyse
einheit bzw. den für die Berechnung des Rundlauffehlers
des Lehrzahnrades aus den gemessenen Kurven erforder
lichen Rechner zum Gegenstand.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt das Prinzip einer Biegerichtmaschine;
Fig. 2 zeigt einer Seitenansicht einer Biegerichtmaschine
für Getriebewellen;
Fig. 3 zeigt eine Ansicht nach der Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4a bis 4f zeigen den Verlauf von Rundlauffehlern über
eine Umdrehung einer Getriebewelle;
Fig. 5 zeigt den Programmablauf bei einer Lehrzahn
rad-Rundlaufmessung;
Fig. 6 zeigt die Wiedergabe einer tatsächlichen Meßkurve;
Fig. 7 zeigt die Bestimmung des Rundlauffehlers des Lehr
zahnrades;
In Fig. 1 ist eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Biege
richtvorrichtung ganz schematisch dargestellt, die einen
Maschinentisch 1 mit einer horizontalen Stützfläche 2 um
faßt. Auf der Stützfläche 2 sind längs einer Achse hinter
einander mehrere Richtwerkzeuge angeordnet. Diese umfassen
sogenannte Werkstückaufnahmen mit pinolenartigen Körner
spitzen 3, die in entsprechende Ansenkungen in den Stirn
flächen des Werkstücks W eingreifen und dieses um die
Verbindungsachse K der Körnerspitzen 3 drehbar abstützen.
Das Werkstück W ist als zylindrische Welle ausgebildet und
besitzt eine Achse A, die in dem dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel nach oben gebogen ist. Eine solche Durch
biegung kann beim Härten des Werkstücks W entstanden sein
und führt bei einer Getriebewelle, wenn sie nicht so weit
wie möglich beseitigt wird, zu Schwingungen und Geräu
schen, zu ungleichmäßigem Eingriff der Verzahnungen und zu
entsprechendem Verschleiß. Die Durchbiegung ist in Fig. 1
stark übertrieben dargestellt. Die Summe der maximalen
Abweichungen der Achse A von der Verbindungsachse K nach
oben und unten ist der Rundlauffehler oder der "Schlag" F,
der in einer bestimmten Winkelposition um die Achse A und
in dem vereinfachten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 etwa
in der Mitte - in Längsrichtung des Werkstücks W - gelegen
ist. In der Praxis beträgt dieser Schlag bei Getriebewel
len von 300 bis 800 mm Länge nur einige Hundertstel Milli
meter. Um das Werkstück W gerade zu richten, so daß seine
Achse A gerade verläuft, wird auf das Werkstück W entgegen
dem "Schlag", also gemäß Fig. 1 von oben, mit einem Richt
stempel 4 eine Richtkraft 5 ausgeübt, die das Werkstück W
nach unten zurückbiegt, und zwar ein wenig über die Fließ
grenze hinaus, so daß nach Wegnahme der Richtkraft 5 die
Achse A gerader oder gar im Rahmen der Meßgenauigkeit ganz
gerade verläuft. Festgestellt wird dies, indem das Werk
stück W um die Körnerspitzen 3 gedreht wird und ein etwa
verbliebener "Schlag" an einem Meßgerät 6 beobachtet wird.
Als Rundlauffehler F gilt die Differenz zwischen dem
obersten und untersten Anschlag des Meßgerätes 6. Wenn der
erstmalige Richthub des Richtstempels 4 noch nicht zu
einem Verschwinden des Ausschlages an dem Meßgerät 6 ge
führt hat, wird er wiederholt.
Das Meßgerät 6 soll nur eine schematische Wiedergabe der
Meßeinrichtung sein. Wie anhand der Fig. 2 und 3 noch
beschrieben wird, findet die Messung bei den im vorliegen
den Zusammenhang in Betracht kommenden Werkstücken, näm
lich den Getriebewellen, nicht durch Abtastung deren Um
fangs, sondern durch Abtastung der Verlagerung des Be
triebswälzkreises einer an der Welle befindlichen Wellen
verzahnung statt.
Dementsprechend ist das Werkstück in Fig. 1 nur verein
fachend als zylindrischer Stab dargestellt. In der Praxis
handelt es sich Ritzelwellen, Nockenwellen, Halbwellen für
Achsen oder dergleichen, also um Wellen, die zur überwie
gend zylindersymmetrisch ausgebildet sind, über ihre Länge
jedoch erhebliche Durchmesserunterschiede aufweisen.
Die Wellen sind jedoch fast immer ziemlich biegestabil,
und es bedarf erheblicher von dem Richtstempel 4 ausge
übter Kräfte, um die notwendige Durchbiegung bis zu einer
zumindest stellenweisen Überschreitung der Fließgrenze
zustande zu bringen. Diese Kräfte können von den Körner
spitzen 3 nicht aufgenommen werden. Es sind daher an den
Enden des Werkstücks W mit Abstand von beiden Seiten des
Richtstempels 4 Richtambosse 7 vorgesehen, die die Kraft
des Richtstempels 4 auf den Maschinentisch 1 ableiten, so
daß die Körnerspitzen 3 praktisch entlastet sind und nur
Führungsaufgaben zu erfüllen haben.
In Fig. 2 ist ein konkrete Richtvorrichtung dargestellt.
Das Werkstück W ist eine Getriebewelle 20, die längs ihrer
Achse mehrere Wellenverzahnungen 21, 22, 23, 24, d. h. mit
der Welle einstückige oder fest verbundene Zahnräder auf
weist.
Auf der Stützfläche 2 des Maschinentisches 1 ist eine im
Querschnitt schwalbenschwanzförmige zu der Achse A der
Getriebewelle 20 parallele Schiene 8 angebracht, auf der
mit entsprechenden Füßen 9 eine Werkstückaufnahme 11 mit
einem Elektromotor 12 zur Drehung der Körnerspitze 3 und
eine Werkstückaufnahme 13 mit einer weiteren Körnerspitze
3 jedoch ohne Motor, angeordnet sind. Die Getriebewelle 20
hat an ihren Stirnseiten 26 Einsenkungen, in die die Kör
nerspitzen 3 eingreifen, wobei Pneumatikzylinder in den
Werkstückaufnahmen 11 und 13 für den Vorschub und die
entsprechende Einspannung sorgen.
Im Bereich der Enden der Getriebewelle 20 sind zylindri
sche Lagerabschnitte 27, 28 vorgesehen, auf denen die Ge
triebewelle 20 später in ihrem Getriebegehäuse gelagert
ist. Dazwischen können weitere Lagerabschnitte vorgesehen
sein. Im Bereich der Lagerabschnitte 27, 28 wird die Ge
triebewelle 20 von Richtambossen 7, 7 unterstützt, die in
ihrer Stützhöhe einstellbar sind, so daß die Körnerspitzen
3 von den Richtkräften weitgehend entlastet sind, die
entstehen, wenn der Richtstempel 4 von oben im Sinne des
Pfeiles 5 niedergeht und in dem Ausführungsbeispiel an der
Lagerstelle 29 angreift, um eine nach oben gerichtete
Durchbiegung der Achse A der Getriebewelle 20 zu beseiti
gen.
Das Problem besteht darin, an einer vorgegebenen Getriebe
welle 20 die Durchbiegung, d. h. den "Schlag" nach Betrag
und Richtung zu ermitteln, damit die Getriebewelle 20 so
gedreht werden kann, daß die größte Durchbiegung nach oben
weist und die Größe des Richthubes bestimmt werden kann.
Da es weniger auf die Getriebewelle 20 selbst, sondern
vielmehr auf den Rundlauf der Betriebswälzkreise der Wel
lenverzahnungen ankommt, wird die Rundlaufmessung an einer
solchen Wellenverzahnung vorgenommen, in dem Ausführungs
beispiel der Fig. 2 und 3 an der Wellenverzahnung 22, die
etwa in der Mitte der Länge der Getriebewelle 20 gelegen
ist, wo die durchbiegungsbedingte Verlagerung des Be
triebswälzkreises am größten und damit die Messung am
einfachsten ist. Es ist eine als Ganzes mit 30 bezeichnete
Rundlaufmeßeinrichtung vorgesehen, die ebenfalls einen Fuß
9 aufweist, mit dem sie auf der Schwalbenschwanzschiene 8
in deren Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Die
Mitte der Schwalbenschwanzschiene 8 liegt in der durch die
Achse A der Wellenverzahnung 22 gehenden, zu der Stütz
fläche 2 senkrechten Ebene E. Seitlich von dieser Ebene E
ragt von dem Fuß 9 eine Stütze 31 nach oben, die an ihrem
oberen Ende eine Lagerstelle 32 für einen gestreckten
zweiarmigen Meßhebel 33 aufweist, der in einer zu der
Achse A der Wellenverzahnung 22 senkrechten Ebene um die
Lagerstelle 32 verschwenkbar ist und mit einem Hebelarm 35
unter die Wellenverzahnung 22 greift. Am Ende dieses He
belarms 35 ist in einer Lagerstelle 34 ein Lehrzahnrad 40
drehbar gelagert, welches sich in dem in Fig. 3 wiederge
gebenen Zustand im Eingriff mit der Wellenverzahnung 22
befindet. Die Abmessungen sind so bestimmt, daß in diesem
Zustand der zweiarmige Hebel 33 etwa horizontal verläuft,
d. h. sich etwa senkrecht zu der Ebene E erstreckt. Der
andere Hebelarm 36 des gestreckten zweiarmigen Hebels 33
weist von der Lagerstelle 32 und dem Lehrzahnrad 40 hinweg
nach außen. Unterhalb dieses Hebelarms 36 ragt von der
aufrechten Stütze 31 etwa parallel zu der Stützfläche 2
ein Arm 37 zu der dem Lehrzahnrad 40 abgelegenen Seite
vor, der an seinem äußeren Ende einen zum Beispiel induk
tiven Meßwandler 38 trägt, der mit seinem zu der Stütz
fläche 2 senkrechten Meßstift 41 an dem Hebelarm 36 an
liegt. Wenn das Lehrzahnrad 40 sich also mit der Wellen
verzahnung 22 in Eingriff befindet und diese einen Rund
lauffehler aufweist, so wird sich bei einer Drehung der
Wellenverzahnung 22 eine periodische leichte Verschwenkung
des doppelarmigen Hebels 33 ergeben, insofern das Lehr
zahnrad 40 durch den Rundlauffehler der Wellenverzahnung
22 über 180° der Drehung der Wellenverzahnung weggedrückt
wird, ansonsten dem Rundlauffehler folgt. Dadurch ergibt
sich ein Meßzusammenhang zwischen der Verlagerung des
Lehrzahnrades 40 und dem Drehwinkel der Wellenverzahnung
22. Wenn die Abstände zwischen den Lagerstellen 32 und 34
einerseits und der Lagerstelle 32 und dem Meßstift 41
untereinander gleich sind, ist der vom dem Meßwandler 38
erfaßte Wert gleich der Verlagerung des Betriebswälzkrei
ses des Lehrzahnrades 40.
Zwischen dem Meßwandler 38 und der aufrechten Stütze 31
ist an dem Arm 37 noch ein druckmittelbetätigter Zylinder
39 angebracht, mittels dessen das Lehrzahnrad 40 in und
außer Eingriff an der Wellenverzahnung 22 bringbar ist.
An dem Lehrzahnrad 40 ist eine Bohrung 45 achsparallel zum
Drehpunkt 34 vorhanden. Im Zusammenwirken mit der an der
Stütze 31 installierten Lichtschranke 46 kann bei der
Drehung des Werkstücks 20 eine Winkelposition des Lehr
zahnrades 40 als Ausgangswinkelposition bestimmt werden.
Wenn das Lehrzahnrad 40 ein ideales Lehrzahnrad wäre,
entspräche die gemessene Verlagerung exakt dem Rundlauf
fehler der Wellenverzahnung 22. Tatsächlich weisen aber
auch die besten Lehrzahnräder 40 einen eigenen Rundlauf
fehler ihres Betriebswälzkreises in der Größenordnung von
0,01 mm auf. Ein solcher Rundlauffehler überlagert sich
mit dem Rundlauffehler der Wellenverzahnung 22 und führt
dazu, daß der Meßwandler 38 nicht exakt die Werte der
Wellenverzahnung 22 mißt. Der Betrag des Rundlauffehlers
dem Lehrzahnrades 40 kann nicht vernachlässigt werden,
wenn es sich um hochgenau zu richtende Getriebewellen 20
handelt, bei denen der Schlag unter 0,03 mm gedrückt wer
den muß.
Der Rundlauffehler des Lehrzahnrades 40 soll vielmehr nach
Größe und Richtung ermittelt werden, um kompensiert werden
zu können. Er ist eine annähernd unveränderliche Eigen
schaft des Lehrzahnrades 40 und wird diesem zugeordnet.
Bei Kenntnis dieses Rundlauffehlers läßt er sich aus den
gemessenen Werten des Zusammenhangs zwischen Drehwinkel
der Wellenverzahnung 22, der mit der Lichtschranke 46
erfaßten aktuellen Drehwinkellage des Lehrzahnrades 40 und
Ausschlag am Meßwandler 38 herausrechnen, um exakt zu dem
Rundlauffehler der Wellenverzahnung 22 zu gelangen.
Es ließe sich der Rundlauffehler des Lehrzahnrades 40 auf
besonderen Meßeinrichtungen bestimmen. Dies würde aber
eben diese besonderen Meßeinrichtungen erfordern und daher
einen zusätzlichen Aufwand bedingen. Aus diesem Grund soll
der Rundlauffehler des Lehrzahnrades 40 in der in Fig. 3
wiedergegebenen Biegerichtvorrichtung selbst, die ja ohne
hin schon vorhanden ist, ermittelt werden.
Zur Erläuterung der Vorgehensweise ist in den Fig. 4a bis
4f zunächst ein vereinfachtes Beispiel wiedergegeben, bei
welchem die Wellenverzahnung 22 und das Lehrzahnrad 40
gleiche Zähnezahl, d. h. das Übersetzungsverhältnis 1 : 1
aufweisen. Auf der Abszisse ist jeweils der Lehrzahnrad
drehwinkel α, auf der Koordinate die Abweichung f von der
Verbindungsachse K wiedergegeben.
Die Fig. 4a und 4b betreffen ein Beispiel, bei welchem die
Rundlauffehler der Wellenverzahnung 22 und des Lehrzahnra
des 40 gegensinnig liegen. Die Maxima und Minima befinden
sich an der gleichen Stelle, d. h. beim gleichen Winkel α.
Fig. 4a gibt die Summenabweichung f22+40, wieder, die von der
Meßeinrichtung 38 gemessen wird. In Fig. 4b sind die Rund
lauffehler f22 der Wellenverzahnung 22 und f40 des Lehrzahn
rades 40 einzeln dargestellt. Durch das an der Stelle des
Maximums von f22 negative f40 wird das Maximum von f22 in
Fig. 1 "heruntergezogen", d. h. der tatsächliche Rundlauf
fehler F22 als Differenz zwischen dem Maximum und dem Mini
mum von f22 ist größer als der gemessene Rundlauffehler
F22+40.
In den Fig. 4c und 4d ist das entgegengesetzte vereinfach
te Beispiel wiedergegeben: die Abweichung f'40 des Lehr
zahnrades 40 von der Verbindungsachse K ist hier in der
gleichen Richtung gelegen wie die Abweichung f22 der Wel
lenverzahnung 22, und es erhöht sich dementsprechend bei
90° der gemessene Betrag von F'22, d. h. der tatsächliche
Rundlauffehler F22 ist kleiner als der an der Meßeinrich
tung 38 in Erscheinung tretende Betrag F22.
Während bei den Fig. 4a und 4b bzw. 4c und 4d besondere
Fälle gegeben waren, insofern die Rundlauffehler bzw.
Schläge gegensinnig bzw. gleichsinnig orientiert waren,
geben die Fig. 4e und 4f einen allgemeinen Fall wieder, in
welchem die Rundlauffehler eine beliebige Orientierung
zueinander haben. Die Abweichung der Wellenverzahnung 22
hat ihr Maximum bei 90°, wie sich aus Fig. 4f ablesen
läßt. An dieser Stelle hat die Abweichung f''40 kein Maxi
mum oder Minimum, sondern es liegt das Minimum der Abwei
chung f''40 des Lehrzahnrades 40 bei etwa 45°. Wenn die
einzelnen Abweichungen bei jedem Winkel addiert werden, so
entsteht die an der Meßeinrichtung 38 gemessene Summenver
lagerung f''22+40 bei der die Lage des Maximums nicht mehr
mit der Lage eines Maximums oder Minimums der beiden Ein
zelkurven f22 und f''40 übereinstimmen. Der gemessene Rund
lauffehler F''20+40 ist in diesem Fall wieder kleiner als
der tatsächliche Rundlauffehler F22 der Wellenverzahnung
22.
Die Abweichungen beruhen auf der Unvollkommenheit des
Lehrzahnrades 40, das einen eigenen Rundlauffehler auf
weist. Bei einem idealen Lehrzahnrad wären die Kurven f40,
f'40 und f''40 horizontal.
Es ist erkennbar, daß die an der Meßeinrichtung 38 erfaßte
Summenverlagerung je nach Fügeposition des Lehrzahnrades
40, d. h. je nach den gegenseitigen Winkelpositionen von
Wellenverzahnung 22 und Lehrzahnrad 40, sehr unterschied
lich ist. Sind die Rundlauffehler von Wellenverzahnung 22
und Lehrzahnrad 40 genau gegensinnig orientiert, wie in
den Fig. 4a und 4b, so ist das gemessene Maximum der Ver
lagerung f22+40 kleiner als der Rundlauffehler F22 der Wel
lenverzahnung 22. im Fall der gleichsinnigen Orientierung
nach den Fig. 4c und 4d ist das gemessene Maximum der
Verlagerung größer als der Rundlauffehler F22 der Wellen
verzahnung 22. in dem Normalfall der beliebigen Orientie
rung nach den Fig. 4e und 4f liegen irgendwelche dazwi
schenliegenden Verhältnisse vor.
Bisher ist davon ausgegangen worden, daß die Wellenver
zahnung 22 und das Lehrzahnrad 40 den gleichen Durchmesser
und somit ein Übersetzungsverhältnis 1 : 1 aufweisen. Dies
wird allerdings im Regelfall nicht zutreffen. Da die Dre
hung des Lehrzahnrades 40 um 360° durch eine entsprechende
Drehung der Getriebewelle 20, deren Wellenverzahnung 22
sich mit dem Lehrzahnrad 40 in Eingriff befindet, bewerk
stelligt wird, muß zunächst die Übersetzung zwischen der
Wellenverzahnung 22 und dem Lehrzahnrad 40 bestimmt wer
den. Dies geschieht durch Bestimmung des Drehwinkels der
Getriebewelle W, der erforderlich ist, um das Lehrzahnrad
40 um 360° zu drehen. Die Bohrung 45 an dem Lehrzahnrad 40
löst beim Passieren der Lichtschranke 46 ein Signal aus.
Das Werkstück W wird durch seinen Antrieb 12 in Rotation
versetzt, und der für einen Lehrzahnrad-Drehwinkel von
360° erforderlichen Wellenverzahnungs-Drehwinkel ergibt
such durch den Abstand zwischen zwei Signalen des Kon
trollinitiators. Wenn das Übersetzungsverhältnis einmal
bestimmt ist, wird die Welleverzahnung 22 nicht um 360°,
sondern um 360°×i gedreht (i = Übersetzungsverhältnis),
um das Lehrzahnrad 40 jeweils um 360° weiterzudrehen.
Um nun den Rundlauffehler des Lehrzahnrades 40 aus den
allein zugänglichen Messungen an der Meßeinrichtung 38
bestimmen zu können, müssen mehrere Messungen bei unter
schiedlicher Fügeposition des Lehrzahnrades 40 an einer
Wellenverzahnung 22 durchgeführt werden, deren Rundlauf
fehler zunächst noch unbekannt ist. Dabei muß die an der
Meßeinrichtung 38 gemessene Verlagerung jeweils über einen
Drehwinkel von 360° des Lehrzahnrades 40 bestimmt werden.
Es werden dementsprechend in dem Ausführungsbeispiel die
an der Meßeinrichtung 38 gemessenen Verlagerungen für
insgesamt acht verschiedene Lehrzahnrad-Fügepositionen
erfaßt (0°/45°/90°/135°/180°/225°/270°/315°). Die 0°-Mes
sung wird bei beliebiger Positionierung von Welle W und
Lehrzahnrad 40 durchgeführt. Danach wird das Lehrzahnrad
40 mit Hilfe der pneumatischen Kolbenzylindereinheit 39
ausgeschwenkt und das Lehrzahnrad 40 um den Winkel 45°
weitergedreht. Nach Wiedereinschwenken des Lehrzahnrades
40 wird die Verlagerung an der Meßeinrichtung 38 bei einer
weiteren Drehung des Lehrzahnrades 40 um 360° ermittelt.
Dies wird fortgesetzt, bis die Verlagerungskurven für acht
verschieden Fügepositionen erfaßt sind.
Die Vorgänge der Aufnahme der Verlagerungskurven und des
Ein- und Ausrückens des Lehrzahnrades 40 in den verschie
denen Fügepositionen sollen durch eine entsprechende
Steuerung selbsttätig ablaufen, d. h. es soll der Rundlauf
fehler des Lehrzahnrades 40 in der Biegerichtvorrichtung
10 selbsttätig bestimmt werden. Die Steuerung 50 ist in
Fig. 3 schematisch angedeutet. Die Meßeinrichtung 38 ist
über die Leitung 43, der Zylinder 39 zum Ein- und Ausrüc
ken über die Leitung 44 und der Drehantrieb des Werkstücks
W über eine Leitung 45 mit der Steuerung 50 vorhanden. Die
Steuerung 50 führt die einzelnen zur Bestimmung des Rund
lauffehlers des Lehrzahnrades 40 erforderlichen Schritte
nach einem vorgegebenen Programm selbsttätig durch.
Ein solches Programm kann dem in Fig. 5 beispielhaft wie
dergegebene Flußdiagramm 46 entsprechen. Nach Ablauf die
ses Flußdiagramms 46 bis zu der Stelle 42 liegen acht Meß
kurven vor, die die von der Meßeinrichtung 38 gemessene
Verlagerung bei um 45° unterschiedlichen Eingriffstellun
gen in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Lehrzahnrades 40
wiedergeben.
Eine tatsächliche Meßkurve ist in Fig. 6 wiedergegeben. Es
ist zu beachten, daß die gemessene Differenz zwischen dem
Maximum und dem Minimum in der Größenordnung von 0,02 mm
liegt. Die Ausschläge der Meßeinrichtung 38 bilden einen
unregelmäßigen Kurvenzug mit Schwankungen im µ-Bereich um
einen sinusartigen Verlauf. Aus den unregelmäßigen Kurven
zügen entsprechend Fig. 6 wird mittels Fourieranalyse
jeweils eine mittlere geglättete Sinuskurve fi (i=1 bis
8) bestimmt. Aus den Sinuskurven fi kann der jeweilige
Rundlauffehler Fmi in Gestalt der halben Differenz zwischen
dem jeweiligen Maximum und Minimum bestimmt werden. In dem
in Fig. 6 gezeigten Beispiel liegt das Minimum bei 45° und
das Maximum bei 225°.
Die Beträge der ermittelten Rundlauffehler Fmi können über
dem jeweils vorhandenen Eingriffswinkel aufgetragen werden
und ergeben ein Bild entsprechend Fig. 7. Der Rundlauf
fehler des Lehrzahnrades 40 ist dem Betrag nach gleich der
Differenz des größten und kleinsten gespeicherten Rund
laufwertes. Diese Differenz ist in Fig. 7 durch den Pfeil
wiedergegeben.
Die Winkellage des Lehrzahnrads-Rundlauffehlers läßt sich
mittels eines Rechners aus den vorhandenen acht Sinuskur
ven Fi berechnen.
Damit ist der Rundlauffehler bzw. Schlag des Lehrzahnrades
40 nach Größe und Richtung, d. h. vektoriell als Eigen
schaft des individuellen Lehrzahnrades bestimmt und kann
bei zukünftigen Messungen mit dem betreffenden Lehrzahnrad
rechnerisch berücksichtigt werden, um aus der an der Meß
einrichtung 38 gemessenen Verlagerung auf den
Schlag der Wellenverzahnung 22 zu schließen. Der Fehler
des Lehrzahnrades 40 kann auf diese Weise kompensiert
werden. Es sind hierfür nur die Fourieranalyseeinheit und
der Rechner erforderlich. Ansonsten kann die Kompensation
in der Biegerichteinrichtung 10 erfolgen, auf der auch
Bestimmung und Behebung des Rundlauffehlers der Wellenver
zahnung 22 vorgenommen werden. Die für die Kompensations
rechnung notwendige Information über die Winkellage des
Lehrzahnrades 40 wird mit der Lichtschranke 46 bei jeder
Messung erfaßt.
Der Meßvorgang des Lehrzahnrad-Rundlauffehlers kann in
größeren Zeitabständen selbsttätig wiederholt werden, um
einen unzulässigen Verschleiß zu erkennen.
Claims (10)
1. Verfahren zum Biegerichten des Rundlauffehlers von
Wellen (W) mit Lauf- oder Steckverzahnungen,
bei welchem die zu richtende Welle (W) drehbar an den Enden eingespannt und eine Wellenverzahnung (22) mit einem seitlich neben der Welle (W) drehbar gelagerten senkrecht zur Verbindungsachse (K) der Enden der Welle (W) verlager baren Lehrzahnrad (40) zum Eingriff gebracht wird,
bei welchen die Welle (W) und das Lehrzahnrad (40) im Eingriff gedreht und die Verlagerung des Lehrzahnrades (40) senkrecht zu der Verbindungsachse (K) der Enden der Welle (W) gemessen wird, um daraus den Rundlauffehler des Betriebswälzkreises der Wellenverzahnung (22) zu bestimmen und den Richtvorgang entsprechend zu gestalten,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rundlauffehler des Lehrzahnrades (40) bei der Bestimmung des Rundlauffehlers der Wellenverzahnung (22) kompensiert wird.
bei welchem die zu richtende Welle (W) drehbar an den Enden eingespannt und eine Wellenverzahnung (22) mit einem seitlich neben der Welle (W) drehbar gelagerten senkrecht zur Verbindungsachse (K) der Enden der Welle (W) verlager baren Lehrzahnrad (40) zum Eingriff gebracht wird,
bei welchen die Welle (W) und das Lehrzahnrad (40) im Eingriff gedreht und die Verlagerung des Lehrzahnrades (40) senkrecht zu der Verbindungsachse (K) der Enden der Welle (W) gemessen wird, um daraus den Rundlauffehler des Betriebswälzkreises der Wellenverzahnung (22) zu bestimmen und den Richtvorgang entsprechend zu gestalten,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rundlauffehler des Lehrzahnrades (40) bei der Bestimmung des Rundlauffehlers der Wellenverzahnung (22) kompensiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rundlauffehler des Lehrzahnrades (40) ein
malig vor dem Richten bestimmt und gespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rundlauffehler des Lehrzahnrades (40) in der
Biegerichtvorrichtung (10) bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rundlauffehler der Wellenverzahnung (22) in
der Biegerichtvorrichtung (10) bestimmt wird, indem eine
beliebige Wellenverzahnung (22), bei der der Rundlauffeh
ler des Betriebswälzkreises nicht bekannt ist, und das
Lehrzahnrad (40) im Eingriff miteinander bei verschiedenen
Einriffsstellungen gedreht und die Verlagerungen des Lehr
zahnrades (40) senkrecht zu der Verbindungsachse (K) ge
messen und daraus der Rundlauffehler des Lehrzahnrades
(40) rechnerisch ermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verlagerungsverlauf über eine Umdrehung des
Lehrzahnrades einer Fourieranalyse unterworfen wird, um
eine saubere Sinuskurve zu erhalten und das Maximum der
Verlagerung nach Betrag und Winkellage bestimmen zu kön
nen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestimmung des Rundlauffehlers des Lehrzahn
rades (40) selbsttätig nach einem vorgegebenen Programm
erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestimmung des Rundlauffehlers des Lehrzahn
rades in größeren Zeitabständen zur Verschleißkontrolle
wiederholt wird.
8. Biegerichtvorrichtung (10) zum Biegerichten von Wel
len (W) mit Lauf- oder Steckverzahnungen, zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
mit einem Maschinentisch (1) mit einer Stützfläche (2),
mit zwei auf der Stützfläche (2) angeordneten, auf einer gemeinsamen Achse (K) einander entgegengerichteten Werkstückaufnahmen (11, 3; 13, 3) zur Erfassung der Enden der jeweiligen Welle (W),
mit einem zwischen den Werkstückaufnahmen (11, 3; 13, 3) seitlich neben ihrer Verbindungsachse (K) angeordneten Lehrzahnrad (40), weiches senkrecht zur Verbindungsachse (K) verlagerbar und mit der Wellenverzahnung (22). zum Eingriff bringbar ist,
und mit einer Meßeinrichtung (38) zur Messung der Verlagerung des Lehrzahnrades (40) senkrecht zu der Ver bindungsachse (K) bei einer im Eingriff mit der Wellenver zahnung (22) erfolgenden Drehung des Lehrzahnrades,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegerichtvorrichtung (10) eine programmge steuerte Steuereinrichtung (50) aufweist, mittels derer das Lehrzahnrad (40) nach einem vorgegebenen Programm in verschiedenen Eingriffstellungen in und außer Eingriff mit der Wellenverzahnung (22) bringbar und das Lehrzahnrad (40) in jeder Eingriffstellung um 360° drehbar ist, um mittels der Meßeinrichtung jeweils eine Verlagerungskurve des Lehrzahnrades (40) über 360° aufzunehmen.
mit einem Maschinentisch (1) mit einer Stützfläche (2),
mit zwei auf der Stützfläche (2) angeordneten, auf einer gemeinsamen Achse (K) einander entgegengerichteten Werkstückaufnahmen (11, 3; 13, 3) zur Erfassung der Enden der jeweiligen Welle (W),
mit einem zwischen den Werkstückaufnahmen (11, 3; 13, 3) seitlich neben ihrer Verbindungsachse (K) angeordneten Lehrzahnrad (40), weiches senkrecht zur Verbindungsachse (K) verlagerbar und mit der Wellenverzahnung (22). zum Eingriff bringbar ist,
und mit einer Meßeinrichtung (38) zur Messung der Verlagerung des Lehrzahnrades (40) senkrecht zu der Ver bindungsachse (K) bei einer im Eingriff mit der Wellenver zahnung (22) erfolgenden Drehung des Lehrzahnrades,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegerichtvorrichtung (10) eine programmge steuerte Steuereinrichtung (50) aufweist, mittels derer das Lehrzahnrad (40) nach einem vorgegebenen Programm in verschiedenen Eingriffstellungen in und außer Eingriff mit der Wellenverzahnung (22) bringbar und das Lehrzahnrad (40) in jeder Eingriffstellung um 360° drehbar ist, um mittels der Meßeinrichtung jeweils eine Verlagerungskurve des Lehrzahnrades (40) über 360° aufzunehmen.
9. Biegerichtvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegerichtvorrichtung (10) eine Fourieranaly
seeinheit zugeordnet ist, mittels derer aus der gemessenen
Verlagerung des Lehrzahnrades (40), die einen unregelmäßigen
Kurvenzug um eine Sinuskurve ergibt, eine geglättete Sinuskurve
gewinnbar ist.
10. Biegerichtvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Rechner vorgesehen ist, mittels dessen aus
mehreren derartigen Sinuskurven der Verlagerung der Rund
lauffehler des Lehrzahnrades nach Betrag und Richtung
bestimmbar ist.
Priority Applications (1)
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DE1997137231 DE19737231C2 (de) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | Verfahren und Vorrichtung zum Biegerichten von Wellen mit Lauf- oder Steckverzahnungen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1997137231 DE19737231C2 (de) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | Verfahren und Vorrichtung zum Biegerichten von Wellen mit Lauf- oder Steckverzahnungen |
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DE19737231C2 DE19737231C2 (de) | 1999-08-26 |
Family
ID=7840263
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DE (1) | DE19737231C2 (de) |
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- 1997-08-27 DE DE1997137231 patent/DE19737231C2/de not_active Expired - Lifetime
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