DE19912921A1 - Meßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Qualitätsprüfung von Zahnrädern gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine bekannte Meßvorrichtung weist ein angetriebenes Abrollrad auf, welches im vorderen Bereich eines Gelenkarmes angeordnet ist, wobei der Antriebsmotor an dem entgegengesetzten Ende eines solchen Gelenkarmes vorgesehen ist und die Drehbewegung über den Gelenkarm auf das Abrollrad übertragen werden muß. Ein solches Abrollrad ist im Gegensatz zu Lehrrädern oder Meisterrädern speziell auf die akustische Qualitätsmessung abgestimmt und entsprechend ausgebildet.

Nachteil einer solchen vorbekannten Meßvorrichtung ist, daß durch die gelenkige Aufhängung eines Gelenkarmes das Abrollrad seitliches Spiel aufweisen kann, was zu einem Versatz des Abrollrades zum zu prüfenden Zahnrad führen kann, so daß die bei der gemeinsamen Rotation entstehenden Laufgeräusche und Körperschall­ schwingungen verfälschte und auch nicht reproduzierbare Werte der Auswerteelek­ tronik hervorrufen können. Weiterhin ist der Antrieb eines Abrollrades über einen oder mehrere Gelenkarme mechanisch nur sehr aufwendig zu lösen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung zur Qualitätsprüfung von Zahnrä­ dern zur Verfügung zu stellen, die bei einem einfachen Aufbau eine optimierte Positio­ nierung des Abrollrades gegenüber dem zu prüfenden Zahnrad garantiert und exakte, reproduzierbare Meßwerte liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen er­ findungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angege­ bene technische Lehre vermittelt.

Die erfinderische Meßvorrichtung weist dabei einen Drehantrieb des zu prüfenden Zahnrades auf, welcher in dessen Einspannvorrichtung integriert ist, so daß das Ab­ rollrad von dem zu prüfenden Zahnrad angetrieben wird. Die Drehbewegung muß demnach nicht mehr von einem Antrieb über Antriebsmittel durch einen Gelenkarm hindurch bis zum Abrollrad übertragen werden, sondern der Antriebsmotor und der Antrieb zur Bewegungsübertragung kann fest im Maschinengestell integriert und dabei unabhängig von möglichen Einflüssen auf das Abrollrad optimiert angeordnet und ausgebildet werden. Andererseits ermöglicht es diese Konstruktion, die Lage­ rung des Abrollrades besser den speziellen Erfordernissen der akustischen Quali­ tätsmessung anpassen zu können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus und in Kombination mit den nachfolgenden Unteransprüchen.

Die Einspannvorrichtung besteht bevorzugterweise aus einem im Maschinengestell fest angeordneten Lagerbock, in dem die Antriebswelle des Drehantriebes gelagert ist und aus einer ebenfalls im Maschinengestell angeordneten Spannvorrichtung für das zu prüfende Zahnrad, welche auf der dem Lagerbock gegenüberliegenden Seite plaziert ist. Die Spannvorrichtung ist vorteilhafterweise auf einem Schlitten angeord­ net und dadurch axial verstellbar, so daß unterschiedlich breite Zahnräder und auch lange Zahnwellen eingespannt und geprüft werden können. Letztere können dazu in Spitzen zwischen dem Lagerbock und der Spannvorrichtung eingefaßt werden. Jedes zu prüfende Zahnrad kann so auf einfache Art und Weise in der Vorrichtung festge­ klemmt und rotatorisch um seine Achse angetrieben werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Abrollrad an einer als Hubvorrichtung ausgebildeten Zustellvorrichtung angeordnet, mit der es einem zu prüfenden Zahnrad linear und radial zuführbar ist. Auch die Einspannvorrichtung für das zu prüfende Zahnrad ist bei dieser Ausführungsform fest im Maschinengestell eingebaut, so daß der Achsabstand beider miteinander kämmenden Zahnräder über die Hubvorrichtung entsprechend dem Sollmaß eingestellt werden kann.

Der Antrieb erfolgt vorteilhafterweise von einem räumlich vom Drehantrieb im Ma­ schinengestell beabstandet angeordneten Elektromotor und einem bedarfsweise daran angeflanschten Getriebe über einen Antriebsriemen, mit dessen Hilfe schwin­ gungstechnische Einflüsse des Motors oder des Getriebes, insbesondere von diesen ausgehender Körperschall, weitgehend von der Meßvorrichtung abgekoppelt sind.

Einer solchen Entkopplung dient ebenfalls ein zwischen der Zustellvorrichtung und der Lagerung des Abrollrades eingesetztes Ausgleichs- und Dämpfungselement, wel­ ches bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung mehrere Elastomerblöcke auf­ weist, die eine Grundplatte tragen, auf der die Lagerung für das Abrollrad angeord­ net ist. Weiterhin ermöglicht dieses vorteilhafte Ausgleichs- und Dämpferelement die Kompensation eines geringen Winkelversatzes der Hubvorrichtung gegenüber dem Maschinengestell bzw. des Abrollrades gegenüber dem zu prüfenden Zahnrad. In dem Ausgleichs- und Dämpfungselement ist in radialer Richtung zum zu prüfenden Zahnrad eine in einem Kegelbereich schwenkbare Achse in einem Kugelgelenk ge­ lagert, deren Mittelsenkrechte radial zum zu prüfenden Zahnrad verläuft und die die Lagerung für das Abrollrad tragende Grundplatte formschlüssig mit der Hubvorrich­ tung verbindet.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung weist eine Schwinge auf, deren Achse in seitlichen Ständern im Maschinengestell gelagert ist, wobei an der Schwinge eine Hubvorrichtung angreift, mit der die Schwinge so angehoben werden kann, daß das zu prüfende Zahnrad und das Abrollrad in und außer Eingriff bringbar sind. Die Schwinge ist dabei bevorzugterweise als Wippe ausgebildet, bei der die Hubvorrich­ tung an der dem Abrollrad entgegengesetzten Seite der Wippe angreift. Auf diese Weise wird der störende Einfluß der Hubvorrichtung auf das Meßergebnis weitge­ hend ausgeschlossen.

An der Schwinge ist eine weitere Meßschwinge um eine zur Achse der Schwinge parallelen Schwingenachse drehbar gelagert, die sich auf der der Schwingenachse entgegengesetzten Seite über ein Elastomerblöcke aufweisendes Ausgleichs- und Dämpfungselement an diesem abstützt. Mit der Meßschwinge werden weitere stö­ rende Schwingungsanregungen, die nicht von dem zu prüfenden Zahnrad stamm­ ten, aufgrund der Aufhängung und der geringen Masse der Meßschwinge abgekop­ pelt, so daß sehr empfindliche Messungen durchführbar werden. Die Schwinge und die Meßschwingen sind auf ihren Achsen nicht elastisch gelagert, so daß sie seitlich nicht unkontrolliert auswandern können und insgesamt auch keine schwingungsfä­ higes System entsteht, wodurch letztlich objektive und reproduzierbare Meßwerte erzeugt werden können.

Durch diese vorteilhafte Aufhängung des Abrollrades wird gewährleistet, daß dieses optimal zu einem zu prüfenden Zahnrad eingestellt werden kann und Einflüsse aus der Hubvorrichtung und/oder dem Maschinengestell auf die Ergebnisse des akusti­ schen Meßverfahrens weitgehend ausgeschlossen werden können.

Die Achse der Schwinge ist bevorzugterweise in seitlichen Ständern im Maschinenge­ stell gelagert, die eine Einstellvorrichtung für eine Vertikal- und Winkelverstellung aufweisen, mit deren Hilfe der Anstellwinkel der Schwinge und damit der der Meß­ schwinge und des Abrollrades zum zu prüfenden Zahnrad exakt eingestellt werden kann, wodurch erst die Erzeugung eines optimalen Tragbildes der miteinander kämmenden Zahnflanken möglich wird.

Eine besonders vorteilhaft Ausgestaltung der Erfindung weist ein Abrollrad auf, wel­ ches auf einem Pendelrollenlager so gelagert ist, daß das Abrollrad auch den Kon­ turen eines beispielsweise durch Härteverzug leicht verformten Zahnrades oder aber Zahnrädern mit komplizierter Verzahnung, wie beispielsweise solchen mit Hypoidver­ zahnung, sicher nach läuft und eine Winkelversatz ausgleicht.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung treibt der Mo­ tor über ein im Maschinengestell angeordnetes Getriebe einen weiteren Drehantrieb einer benachbarten Meßvorrichtung an, wobei beide Meßvorrichtungen über eine gemeinsame Auswerteelektronik verfügen können, so daß sich die Wirtschaftlichkeit der erfinderischen Meßvorrichtung weiter wesentlich verbessert.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Maschinengestell einer ersten Meßvorrichtung in Seitenansicht,

Fig. 2 das Maschinengestell der Fig. 1 in einer Ansicht von vorne,

Fig. 3 eine 3-D-Ansicht eine zweiten Meßvorrichtung,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Meßvorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht der Fig. 4 in einer Meßstellung,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Meßschwingen- und die Abrollradlagerung,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine zweite Abrollradlagerung und

Fig. 8 einen Schnitt durch die Schwingenlagerung.

Die Meßvorrichtung zur Qualitätsprüfung von Zahnrädern gemäß einer ersten Aus­ führungsform besteht aus einem Maschinengestell 1, welches in seinem oberen Be­ reich eine horizontale Querführung 2 aufweist, in der ein Schlitten 3 festgelegt ist, an dem eine sich nach unten erstreckende Hubvorrichtung 4 angeordnet ist, die ein Ausgleichs- und Dämpfungselement 5 trägt, welches eine nach unten gerichtete Grundplatte 18 aufweist, die eine Lagerung für ein Abrollrad 8 trägt. Die Meßvor­ richtung gemäß einer zweiten Ausführungsform besteht aus einem Maschinengestell 21, welches in seinem oberen Bereich einen Querholm 38 aufweist, an dem eine Hubvorrichtung 24 verschieblich angeordnet ist, die an einem Ende einer als Wippe ausgebildeten Schwinge 22 angreift, an deren entgegengesetzten Seite eine Lage­ rung eines Abrollrades 28 auf einer weiteren Meßschwinge 25 vorgesehen ist, die ihrerseits gelenkig an der Schwinge 22 gelagert ist.

Das der Prüfung dienende Abrollrad 8, 28 wird über die Hubvorrichtung 4, 24 radial bis zu einem zu prüfenden Zahnrad 9, 29 zugestellt, wobei dieses zu prüfende Zahnrad 9, 29 in einer Einspannvorrichtung gelagert ist, die aus einer Spannvorrich­ tung 12, 32 für das zu prüfende Zahnrad 9, 29 und aus einem Drehantrieb 10 mit einer Auflagerung für das zu prüfende Zahnrad 9, 29 besteht, welcher in einem La­ gerbock 11, 31 im Maschinengestell 1, 11 befestigt ist. Der Drehantrieb 10 weist eine Antriebswelle 19 mit einem Wellenende 20 auf, auf dem eine Riemenscheibe ange­ ordnet ist, so daß der Drehantrieb 10 über einen Antriebsriemen 13, 33 von einem Motor 15, 35 und einem zwischengeschalteten Getriebe 14 angetrieben werden kann.

Die beim Kämmen der beiden im Eingriff befindlichen Zahnräder entstehenden Schwingungen werden von zeichnerisch nicht dargestellten Schwingungsaufnehmern aufgenommen und einer Auswerteelektronik zugeführt, die über eine Frequenzanaly­ se die Qualität des geprüften Zahnrades 9, 29 feststellen kann.

Zum Ausschluß von einem das Prüfergebnis beeinflussendem Schräglauf des zu prüfenden Zahnrades 9, 29 sind die Lager des Drehantriebes 10 sehr weit voneinan­ der beabstandet im Lagerbock 10 angeordnet, ebenso wie die Lagerung der Spann­ vorrichtung 12, 32 eine große Länge aufweist, so daß eine rein axiale Spannbewe­ gung ohne radiales Spiel gewährleistet ist.

Dem weiteren Ausschluß von Störfaktoren dient bei der ersten Ausführungsform das Ausgleichs- und Dämpfungselement 5, welches zwischen der vertikalen Hubvorrich­ tung 4 und der Lagerung des Abrollrades 8 angeordnet ist, das eine kugel- oder rollengelagerte Achse 17 aufweist, an deren Ende die Grundplatte 18 zur Aufnahme der Lagerung des Abrollrades 8 angeordnet ist, so daß ein geringer Winkelversatz ausgeglichen werden kann. Zur Dämpfung von Schwingungen, welche möglicher­ weise das Ergebnis der Auswerteelektronik verfälschen können, sind um die Achse 17 Elastomerblöcke 7 angeordnet, die eventuell auftretende Schwingungen ab­ dämpfen oder auffangen können.

Bei einer zweiten Ausführungsform ist das Abrollrad 28 unter einer Meßschwinge 25 gelagert, welche selber über eine Schwingenachse 37 an einer als Wippe ausgebil­ deten Schwinge 22 gelagert ist, die ihrerseits auf einer Achse 23 verschwenkbar an­ geordnet ist, die in seitlichen Ständern 26 im Maschinengestell 21 festgelegt sind. Entgegengesetzt dem Abrollrad 28 greift eine Hubvorrichtung 24 an der Schwinge 22 an, über die das Abrollrad 28 in und außer Eingriff gebracht werden kann. Zwi­ schen Schwinge 22 und Meßschwinge 25 sind gegenüber der Schwingenachse 37 Elastomerblöcke 27 angeordnet, die Körperschallschwingungen und sonstige Schwingungen aus der Meßvorrichtung eliminieren.

Die Lagerung der Schwinge 22 auf der Achse 23 ist so ausgelegt, daß die Schwinge 22 auf der Achse 23, welche länger ausgeführt ist als das Breitenmaß der Schwinge 22 beträgt, axial so verschieblich ist, daß die Lage des Abrollrades 28 gegenüber dem zu prüfenden Zahnrad 29 jeweils optimal eingestellt und über eine Festsetzein­ richtung 41 verriegelt werden kann. Die Achse 23 selbst ist auf Ständern 26 gela­ gert, von denen mindestens einer über ein Einstellvorrichtung 40 vertikal und hori­ zontal verstellbar ausgebildet ist.

Das Abrollrad 28 ist entweder über ein herkömmliche Lagerung 39 oder über eine mit einem Pendelrollenlager versehene Lagerung 42 auf seiner Achse gelagert. Die Lagerung 42 auf einem Pendelrollenlager führt zu einer weiteren Verbesserung der Anpassung des Abrollrades 28 an die Geometrie eines zu prüfenden Zahnrades 29.

Die Spannvorrichtung 32 ist auf einem Schlitten 34 angeordnet, der axial zum La­ gerbock 31 verstellbar ist, so daß auch lange und/oder mehrfach verzahnte Wellen in der erfinderischen Meßvorrichtung überprüfbar sind.

Die Meßvorrichtung zur Qualitätsprüfung von Zahnrädern ist damit gegenüber den Meßvorrichtungen des Standes der Technik erheblich einfacher aufgebaut, die An­ triebseinflüsse des Motors 15, 35 zum Antrieb des zu prüfenden Zahnrades 9, 29 sind durch die Entkopplung über einen Antriebsriemens 13, 33 und durch die separate Anordnung des Motors 15, 35 im Maschinengestell 1, 21 weitgehend eliminiert und durch die einfache axiale Spannbewegung der Einspannvorrichtung und der einfa­ chen radialen Zustellbewegung der Hubvorrichtung 4, 24 ist ein Aufsummieren von Lagerspielen und Fertigungsungenauigkeiten der Bauteile der Meßvorrichtung im wesentlichen ausgeschlossen. Weiterhin ist die Meßvorrichtung zur Automation des Meßverfahrens mit einer Werkstückein- und -auslaufvorrichtung 16, 36 versehen, so daß die Qualitätsprüfung von Zahnrädern 9, 29 weitgehend vollautomatisiert betrie­ ben werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Maschinengestell

2

horizont. Querführung

3

Schlitten

4

Hubvorrichtung

5

Ausgl. u. Dämpfungselement

6

Ausgl. u. Dämpfungselement

7

Elastomerblöcke

8

Abrollrad

9

zu prüfendes Zahnrad

10

Drehantrieb

11

Lagerbock

12

Spannvorrichtung

13

Antriebsriemen

14

Getriebe

15

Motor

16

Werkstückein- u. -auslaufvorr.

17

Achse

18

Grundplatte

19

Antriebswelle

20

Wellenende

21

Maschinengestell

22

Schwinge

23

Achse

24

Hubvorrichtung

25

Meßschwinge

26

Ständer

27

Elastomerblöcke

28

Abrollrad

29

zu prüfendes Zahnrad

30

31

Lagerbock

32

Spannvorrichtung

33

Antriebsriemen

34

Schlitten

35

Motor

36

Werkstückein- u. -auslaufvorr.

37

Schwingenachse

38

Querholm

39

Lagerung I des Abrollrades

40

Einstellvorrichtung

41

Festsetzeinrichtung

42

Lagerung II des Abrollrades

Claims (14)

1. Meßvorrichtung zur Qualitätsprüfung von Zahnrädern und Zahnwellen mit einem Maschinengestell, einer Einspannvorrichtung für ein zu prüfendes Zahnrad, einem Drehantrieb, einem Abrollrad, einer Geräuschanalyseeinrichtung mit Schwin­ gungsaufnehmern und einer daran angeschlossenen Auswerteelektronik, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (10) für ein zu prüfendes Zahnrad (9, 29) in der Einspannvorrichtung des zu prüfenden Zahnrades (9, 29) angeordnet und das Abrollrad (8, 28) von dem zu prüfenden Zahnrad (9, 29) angetrieben ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspann­ vorrichtung aus einem im Maschinengestell (1, 21) fest angeordneten Lagerbock (11, 31) und einer ebenfalls im Maschinengestell (1, 21) angeordneten Spannvor­ richtung (12, 32) für das zu prüfende Zahnrad (9, 29) besteht und im Lagerbock (11,31) die Antriebswelle (19) des Drehantriebes (10) gelagert ist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (15, 35) für den Drehantrieb (10) räumlich beabstandet von diesem im Maschi­ nengestell (1, 21) angeordnet ist und der Drehantrieb (10) über einen Antriebs­ riemen (13, 33) am Motor (15, 35) angekuppelt ist.

4. Meßvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß im Maschinengestell (1, 21) ein Getriebe (14) angeordnet ist, welches über den Motor (15, 35) einen weiteren Drehantrieb einer weiteren Meßvorrich­ tung antreibt und daß die Meßvorrichtungen eine gemeinsame Auswerteelektro­ nik aufweisen.

5. Meßvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Abrollrad (8) in einer Hubvorrichtung (4) linear geführt ist und einem zu prüfenden Zahnrad (9) radial zustellbar ist.

6. Meßvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der Hubvorrichtung (4) und der Lagerung des Abrollrades (8) ein Ausgleichs- und Dämpfungselement (6) eingesetzt ist.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichs- und Dämpfungselement (6) eine in einem Kegelbereich in einem Kugelgelenk (6) verschwenkbare Achse (17) aufweist, deren Mittelsenkrechte radial zum zu prü­ fenden Zahnrad (9) verläuft und die benachbart dem zu prüfenden Zahnrad (9) mit einer Grundplatte verbunden ist und daß beabstandet um die Achse (17) Ela­ stomerblöcke (7) angeordnet sind, die sich von der Hubvorrichtung (4) bis zu der Grundplatte (18) erstrecken, auf der die Lagerung für das Abrollrad (8) angeord­ net ist.

8. Meßvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abrollrad (28) an einer Schwinge (22) angeordnet ist, deren Achse (23) in seitlichen Ständern (26) gelagert ist und an der eine Hubvorrichtung (24) angreift, mit der die Schwinge (22) um die Achse (23) verschwenkbar ist.

9. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (22) als Wippe ausgebildet ist und die Hubvorrichtung (24) an der dem Abrollrad (28) entgegengesetzten Seite der Wippe angreift.

10. Meßvorrichtung nach einem der beiden vorgenannten Ansprüche 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Schwinge (22) eine Meßschwinge (25) an ei­ ner Schwingenachse (37) gelagert ist, zwischen Meßschwinge (25) und Schwin­ ge (22) ein Elastomerblock (27) und an der Meßschwinge (25) die Lagerung (39, 42) für das Abrollrad (28) angeordnet ist.

11. Meßvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 8-10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagerung (42) für das Abrollrad als Pendelrollenlager ausgebildet ist.

12. Meßvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 8-11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwinge (22) auf einer Achse (23) gelagert ist, die län­ ger ausgeführt ist als die Schwingenlagerung breit ist und daß die Schwinge (22) auf der Achse (22) horizontal verstellbar ist.

13. Meßvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 8-12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens ein seitlicher Ständer (26) eine Einstellvorrichtung (40) für eine Vertikal- und eine Winkelverstellung aufweist, mit der der Anstell­ winkel des Schwinge (22), der Meßschwinge (25) und des Abrollrades (28) zum zu prüfenden Zahnrad (29) einstellbar ist.

14. Meßvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 8-13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (32) für unterschiedlich breite Prüflinge auf einem Schlitten angeordnet und axial verstellbar ist und der Drehantrieb und die Spannvorrichtung (32) Spitzen aufweisen, zwischen denen verzahnte Wellen einspannbar sind.