DE19737231A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Richten von Wellen mit Lauf- oder Steckverzahnung - Google Patents

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 f_i (i=1 bis 8) bestimmt. Aus den Sinuskurven f_i kann der jeweilige Rundlauffehler F_mi 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 F_mi 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 F_i 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.

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.

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.