DE19739368A1 - Verfahren und Richtmaschine zum Richten von Getriebewellen mit mindestens einer Hypoidverzahnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Richten von Wellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Richtmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Beim Richten von Wellen mit Lauf- oder Steckverzah­ nungen werden in vielen Fällen Lehrzahnräder zur Rundlauf­ messung eingesetzt, um die Wellen relativ zu dem für den späteren Einsatz dieser Werkstücke relevanten Betriebs­ wälzkreis richten zu können. Eine Welle mit einem einen Rundlauffehler 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 zwi­ schen Spitzen gespannt, und es befindet sich die Wellen­ verzahnung im Eingriff mit einem entsprechend dem späteren Gegenzahnrad angeordneten Lehrzahnrad, welches eine Ver­ lagerung senkrecht zur Verbindungsachse der Spitzen aus­ führt, die dem Rundlauffehler entspricht. Die maximale Verlagerung entspricht dem Schlag der Welle, d. h. dem Rundlauffehler, der die maximale Abweichung von der gera­ den Achse zwischen den Spitzen um einen bestimmten Betrag bedeutet, die in einer bestimmten Richtung gelegen ist. Die Welle wird so gedreht, daß diese Richtung dem Richt­ stempel entgegen (beim Biegerichten) bzw. vom Richtstempel hinweg (beim Druckrichten) gerichtet ist. Anschließend wird der Rundlauffehler mittels des Richtstempels ausge­ glichen, der die Welle entgegen dem Rundlauffehler ver­ formt, bis die Fließgrenze an einigen Stellen über­ schritten ist und die Welle eine bleibende Verformung in' Sinne einer geraderen Ausrichtung erfährt, die auch den Betriebswälzkreis besser zentrisch laufen läßt.

Das Richtverfahren mit Hilfe von Lehrzahnrädern ist bei einfacheren Verzahnungen unproblematisch. Das Richten von Wellen mit Hypoidverzahnungen ist jedoch wegen der Komplexität der Verzahnungsgeometrie der Schrecken vieler Konstrukteure und Meßtechniker. Eine Rundlaufmessung die­ ser Verzahnungen mit Lehrzahnrädern ist kaum möglich, weil verwendbare Lehrzahnräder extrem teuer und ver­ schleißintensiv sind. Das Haupteinsatzgebiet Fahrzeug- Achsantriebe verlangt zudem eine Unzahl verschiedener Übersetzungen, die in jeweils nur kleiner Stückzahl gefer­ tigt werden und für die jeweils ein eigenes Lehrzahnrad beschafft werden müßte.

Es ist bekannt, Hypoidzahnräder auch von der Richt­ maschine getrennten Meßmaschinen mittels Kugeltastern zu vermessen. Die Bereitstellung einer separaten Meßmaschine und der Zeitaufwand für das nach jedem Richtvorgang zur Kontrolle erforderliche Umspannen stellen jedoch einen in der Praxis nicht tragbaren Aufwand dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ver­ besserung des Rundlaufs von Wellen mit Hypoidverzahnungen auf einfachere Weise zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiederge­ gebene Erfindung gelöst.

Der Grundgedanke hierbei ist, von der Rundlaufmessung mit Lehrzahnrädern abzugehen und die Messung mit einem Kugeltaster durchzuführen, dies aber unmittelbar in der Richtmaschine, so daß kein Umspannen erforderlich ist und die erzielte Richtwirkung unmittelbar, d. h. in ein und derselben Aufspannung, kontrolliert werden kann. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung des Verfahrens­ ablaufs.

Insbesondere ergibt sich dadurch die Möglichkeit, die Bestimmung des Rundlauffehlers der Hypoidverzahnung gemäß Anspruch 2 selbsttätig nach einem vorgegebenen Programm durchzuführen, welches das Einfahren des Kugeltasters in die zu vermessenden Zahnlücken, das Speichern des jeweili­ gen Meßergebnisses und das Weiterdrehen der Welle bis zur nächsten zu vermessenden Zahnlücke mit Hilfe des Drehan­ triebes der Richtmaschine umfaßt.

In ihrem apparativen Aspekt ist die Erfindung in den Ansprüchen 3 und 4 wiedergegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ganz schematisch das Prinzip einer Bie­ gerichtmaschine;

Fig. 2 zeigt etwas konkreter das Richten einer Welle mit einer Hypoidverzahnung in einer Druckrichtmaschine;

Fig. 3 zeigt eine Ansicht nach der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 bis 7 zeigen verschiedene Phasen des Eingriffs des Kugeltasters;

Fig. 8 zeigt ein Diagramm des Meßergebnisses des Kugeltasters;

Fig. 9 zeigt den Programmablauf bei der Rundlaufmes­ sung einer Hypoidverzahnung.

In Fig. 1 ist eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Biegerichtvorrichtung ganz schematisch dargestellt, die einen Maschinentisch 1 mit einer horizontalen Stützfläche 2 umfaßt. Auf der Stützfläche 2 sind längs einer Achse hintereinander mehrere Richtwerkzeuge angeordnet. Diese umfassen sogenannte Werkstückaufnahmen mit pinolenartigen Körnerspitzen 3, die in entsprechende Ansenkungen in den Stirnflächen des Werkstücks W eingreifen und dieses um die Verbindungsachse K der Körnerspitzen 3 drehbar abstützen.

Das Werkstück W ist als zylindrische Welle ausgebil­ det und besitzt eine Achse A, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach oben gebogen ist. Eine solche Durchbiegung 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 Ge­ räuschen, 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 ver­ einfachend als zylindrischer Stab dargestellt. In der Praxis handelt es sich Ritzelwellen, Nockenwellen, Halb­ wellen für Achsen oder dergleichen, also um Wellen, die zur überwiegend zylindersymmetrisch ausgebildet sind, über ihre Länge jedoch erhebliche Durchmesserunterschiede durch die daran befindlichen Zahnradkörper aufweisen.

Die Wellen sind jedoch fast immer ziemlich biegesta­ bil, und es bedarf erheblicher von dem Richtstempel 4 ausgeübter Kräfte, um die notwendige Durchbiegung bis zu einer zumindest stellenweisen Überschreitung der Fließ­ grenze zustande zu bringen. Diese Kräfte können von den Körnerspitzen 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 ablei­ ten, so daß die Körnerspitzen 3 praktisch entlastet sind und nur Führungsaufgaben zu erfüllen haben.

Das Vorstehende bezieht sich auf das Biegerichtver­ fahren. Die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt. Aus diesem Grunde ist in der konkreteren Darstellung der Fig. 2 als weiteres Beispiel das Druckrichtverfahren wie­ dergegeben. Hierbei ist nur ein Richtamboß 7' vorgesehen, der genau unter einem zugehörigen Richtstempel 4' gelegen ist. Der Richtstempel 4' "dengelt" die Oberseite der Ge­ triebewelle, so daß sich dort eine geringfügige bleibende Drehung ergibt. Diese muß auf der biegeinneren Seite der Getriebewelle 20 angebracht werden, damit diese nach dem Richten gerader ist.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 trägt die Ge­ triebewelle 20 an ihrem gemäß Fig. 2 linken Ende eine Verzahnung, d. h. ein an seinem Außenumfang 22 konisches, mit der Getriebewelle 20 einstückiges oder fest verbunde­ nes Zahnrad 23 von einem den Durchmesser der eigentlichen Welle übertreffenden Durchmesser, welches an seinem Außen­ umfang die nur schematisch angedeutete Hypoidverzahnung 24 mit dem Teilkreis 25 trägt.

Die Getriebewelle 20 ist wieder zwischen den Spitzen 3 drehbar gehalten, die auf dem Maschinentisch 1 angeord­ net sind. Die Getriebewelle 20 kann durch den Drehantrieb der Richtmaschine 10 gedreht werden.

Die Getriebewelle 20 hat Lagerabschnitte 27,28 in der Nähe ihrer Enden, auf denen die Getriebewelle 20 später in ihrem Getriebegehäuse gelagert ist. Der Angriff des Richt­ stempels 4' erfolgt an einem zwischen den Lagerstellen 27,28 gelegenen Abschnitt 29 der Getriebewelle 20.

Fig. 3 stellt einen Querschnitt nach der Linie III- III in Fig. 2 in einer Ebene dar, in der das als Ganzes mit 6 bezeichnete Meßgerät an der Hypoidverzahnung 24 angreift. Das Meßgerät 6 umfaßt einen als Ganzes mit 9 bezeichneten Kugeltaster, der an dem Maschinentisch 1 gelagert ist. Seitlich an dem Maschinentisch 1 ist eine zu der Achse der Getriebewelle parallele Schiene 8 mit einer T-Nut 9 angebracht, in die ein mit einem Haltestück 12 verbundenes T-Stück 11 eingreift. Das Haltestück 12 be­ sitzt eine zu der Stützfläche 2 parallele, etwas oberhalb dieser gelegene Oberseite 13 und eine dazu senkrechte Seitenfläche 14. An dem Haltestück 12 ist ein im Quer­ schnitt doppelt abgewinkelter Träger 15 mittels Schrauben 16 befestigt, der vor dem Festziehen der Schrauben 16 durch eine Justierschraube 17 in der Höhe über der Stütz­ fläche 2 eingestellt werden kann, um eine Anpassung des Kugeltasters 9 an verschiedene Durchmesser der Hypoidver­ zahnungen 24 durchzuführen. Der eine Schenkel 18 des Trä­ gers 15 weist nach unten und liegt gegen die Seitenfläche 14 des Haltestücks 12 an, der andere Schenkel 19 des Trä­ gers 15 weist nach oben. An dem Schenkel 19 ist ein par­ allel zur Achse der Getriebewelle 20 verlaufende Schwenk­ achse 26 ausgebildet, um die ein Meßbalken 27 schwenkbar ist, der als gerader zweiarmiger Hebel ausgebildet ist und in der richtig justierten Höhenlage des Trägers 15 etwa horizontal verläuft, wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Der Meßbalken 27 reicht an dem in Fig. 3 linken Ende mit seinem einen Arm 27' bis unter die Hypoidverzahnung 24 und trägt dort an einem nach oben gerichteten Zapfen 31 eine Meßkugel 32, die genau unterhalb der Achse der Ge­ triebewelle 20 gelegen ist und deren Durchmesser so ge­ wählt ist, daß sie, wie aus Fig. 3 ersichtlich, an beiden Flanken einer Zahnlücke, jedoch nicht auf deren Boden zur Anlage bringbar ist.

Der andere Arm 27" des Meßbalkens 27 trägt einen Anschlag 33, an welchem der Meßstift 34 eines linearen Längenmeßwandlers, z. B. eines induktiven Meßwandlers zur Anlage kommt, der an der Außenseite des Schenkels 18 des Trägers 15 befestigt ist. In dem Meßwandler 35 werden die Verlagerungen des Meßstifts 34 in elektrische Signale umgeformt, die über eine Leitung 36 einer als Ganzes mit 50 bezeichneten programmierbaren Steuerung zugeführt wer­ den, die auf den Drehantrieb der Gelenkwelle 20 wirkt, was durch die Linie 37 angedeutet sein soll.

Der Meßbalken 27 kann durch einen nicht dargestellten pneumatischen Zylinder gemäß Fig. 3 entgegen dem Uhrzei­ gersinn verschwenkt werden, so daß die Meßkugel 32 im Sinne des Pfeiles 38 bezüglich der Hypoidverzahnung 24 radial verlagert und in oder außer Eingriff an einer Zahn­ lücke gebracht werden kann. Im übrigen wird die Meßkugel 32 mit einer leichten Kraft in Anlage an der Hypoidver­ zahnung 24 gehalten.

In den Fig. 4 bis 7 ist der Ablauf einer Einzelmes­ sung wiedergegeben.

In Fig. 4 ist die Meßkugel 32 gerade im Sinne des Pfeiles 38' in Anlage an die Hypoidverzahnung 21 gebracht worden und liegt mit der erwähnten geringen Kraft an der in Fig. 4 linken Flanke des Zahns No. 1 an. Die Getriebe­ welle 20 wird langsam im Sinne des Pfeiles r gedreht. Dabei tritt die Meßkugel 32 in die Zahnlücke zwischen den Zonen No. 1 und 2 ein und erreicht dabei ein Maximum der Eintrittstiefe. Zum Zwecke der sicheren Erkennbarkeit diese Maximums wird die Gelenkwelle 20 noch um einen klei­ nen Winkel phi_p gemäß Fig. 6 weitergedreht. Das erkannte Maximum wird mit dem zugehörigen Drehwinkel in der Steue­ rung 50 gespeichert.

Die erste Zahnlücke ist damit vermessen. Ob alle Zahnlücken vermessen werden oder nur bestimmte über den Umfang verteilte Zahnlücken, hängt im wesentlichen von der Zähnezahl des die Hypoidverzahnung tragenden Zahnrades ab. Je nach Zähnezahl und Lage der zu vermessenden Zahnlücken dreht die Steuerung 50 die Getriebewelle 20 um einen ent­ sprechenden Drehwinkel weiter.

Wenn das Zahnrad 23 z. B. acht Zähne aufweist und alle acht Zahnlücken vermessen werden sollen, beträgt der Win­ kel phiz, um den die Getriebewelle 20 zwischen zwei Messun­ gen weiterzudrehen ist, 45°.

Beträgt die Zähnezahl 15 und sollen die Zahnlücken 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 und 15 ausgewertet werden, beträgt der Weiterdrehungswinkel phi_z 48°.

Diese Werte der verschiedenen Zahnräder 23 sind in der Steuerung 50 gespeichert. Von der Stellung nach Fig. 6 ausgehend wird die Meßkugel 32 ausgehoben, die Getriebe­ welle 20 um den erforderlichen Winkel weitergedreht und die Meßkugel 32 wieder an das Zahnrad 22 angelegt, so daß sich gemäß Fig. 7 erneut eine Position entsprechend Fig. 4 ergibt, wobei die Winkelabweichung von der noch zu er­ reichenden Maximalstellung etwa den Wert phi_p der Fig. 6 entsprechen kann und die Meßkugel 32 nunmehr in die Lücke zwischen den Zähnen No. 2 und No. 3 eintritt.

Aus den gespeicherten Werten des Kugeltasters 9 in Abhängigkeit von den zugehörigen Winkeln ergibt sich ein Verlauf nach Fig. 8, in welchem die Auslenkung h über dem Drehwinkel, beginnend von einer Null-Stellung, aufgetragen ist. Aus einem solchen Diagramm bzw. dem entsprechenden gespeicherten Wertesatz läßt sich der Schlag", d. h. der Rundlauffehler 40, nach Winkellage und Betrag bestimmen.

Es wird dann die Getriebewelle 20 so gedreht, daß eine Druckverformung an der Oberseite durch den Richtstem­ pel 4' gemäß Fig. 2 eine Reduzierung des Rundlauffehlers ergibt.

Das Ergebnis eines durchgeführten Richtvorgangs kann durch eine erneute Vermessung mit Hilfe des Kugeltasters 9 sogleich überprüft werden, ohne daß es eines Überführens der Getriebewelle 20 in eine Meßmaschine bedürfte. Messung und Richten finden in einer Aufspannung in der Richtma­ schine 10 statt.

Diese Eigenschaft ermöglicht eine Automatisierung des Meßvorgangs zur Gewinnung der Daten für das Richten. In Fig. 9 ist ein Beispiel eines Programmablaufs wiedergege­ ben, der die Gesamtheit der vorzunehmenden Messungen er­ faßt. Mit dem Ausdruck "RICOS" ist das Programm der Steue­ rung 50 gemeint. "SPS" ist eine speicherprogrammierbare Steuerung für das Ein- und Ausschwenken des Kugeltasters 9 bzw. des Meßbalkens 27 gemeint.

Claims (4)

1. Verfahren zum Richten von Getriebewellen (20) mit mindestens einer Hypoidverzahnung (24), bei welchem mehre­ re über den Umfang verteilte Zahnlücken der Hypoidverzah­ nung (24) mit einem radial eingreifenden Kugeltaster ver­ messen, aus den Meßwerte und den zugeordneten Winkeln der Rundlauffehler nach Betrag und Richtung bestimmt und da­ nach der entsprechende Richtvorgang durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung mit dem Kugeltaster (9) in der Richt­ maschine (10) in der für das Richten vorgenommenen Ein­ spannung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Rundlauffehlers (40) der Hypoidver­ zahnung (24) selbsttätig nach einem vorgegebenen Programm vorgenommen wird.

3. Richtmaschine (10) zum Richten von Getriebewellen (20) mit mindestens einer Hypoidverzahnung (24), mit einem Maschinentisch (1) mit einer Stützfläche (2),
mit zwei auf der Stützfläche (2) angeordneten, auf einer gemeinsamen Achse (K) einander entgegengerichteten Werkstückaufnahmen (3) zur Erfassung der Enden der jewei­ ligen Getriebewelle (20)
und mit - in Richtung der Achse (K) gesehen - zwi­ schen den Werkstückaufnahmen (3, 3) an der Getriebewelle angreifenden Richtmitteln (4, 4'),
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Maschinentisch (1) eine Meßeinrichtung (6) mit einem radial zu der Hypoidverzahnung (24) in deren Zahnlücken einführbaren Kugeltaster (9) angeordnet ist.

4. Richtmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ihr eine programmierbare Steuereinrichtung (50) zugeordnet ist, mittels derer der Kugeltaster (9) nach einem vorgegebenen Programm in die Zahnlücken ein­ führbar und die Getriebewelle (20) um den erforderlichen Winkel weiterdrehbar sind.