DE202012011761U1

DE202012011761U1 - Vorrichtung zur Überprüfung eines Kettenrades

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Publication number: DE202012011761U1
Application number: DE202012011761U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-01-11
Anticipated expiration: 2022-12-08
Also published as: WO2014082720A1; EP2926081A1; JP6318163B2; US20150285610A1; CN104838227B; JP2016502080A; US9719767B2; DE202013000212U1; DE202013007500U1; CN104838227A

Abstract

Vorrichtung zur Überprüfung eines einstückig mit einer Welle gefertigten Kettenrades, bei der die Welle während der Überprüfung drehbar gelagert und ihre Drehbewegung über ein Winkelmessgerät erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Drehung der Welle (1) mit dem Kettenrad (2) um einen vorgebbaren Winkel ein mit einem Tastelement (8e, 9e) bestückter Tastbolzen (8a, 9a) eines ortsfest an einer Messeinheit (7) befestigten und mit einem Rechner verbundenen Profil-Messtasters (8, 9) mit einer voreinstellbaren Kraft radial an die Verzahnung des Kettenrades (2) anlegbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überprüfung eines einstückig mit einer Welle gefertigten Kettenrades, bei der die Welle während der Überprüfung drehbar gelagert und ihre Drehbewegung über einen Winkelmessgerät erfassbar ist.
Es gibt zahlreiche Fälle, bei denen durch das Aufsetzen eines separaten Kettenrades auf eine Welle einer optimalen Auslegung der Welle, insbesondere in Hinblick auf ihre maximale Belastbarkeit, entgegensteht. In diesen Fällen ist es sinnvoll, das Kettenrad zum Bestandteil der Welle zu machen und die Verzahnung des Kettenrades mit der Welle zu bearbeiten. In einem solchen Fall kann die Verzahnung je nach Auslegung und Gestalt der Welle jedoch nur durch Fräsen oder Stoßen unter Einsatz von Sondereinrichtungen hergestellt und anschließend überprüft werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte und einen einfachen Aufbau aufweisende, universell einsetzbare Vorrichtung zu schaffen, mit der das mit der Welle gefertigte Kettenrad direkt nach seiner Bearbeitung, also noch vor Ort, und in kürzester Zeit einerseits auf seine Maßhaltigkeit und andererseits auf seinen Rundlauf zur Welle gemessen werden kann. Des Weiteren sollte es möglich sein, bei einem Duplex-Kettenrad beide Kettenradscheiben gleichzeitig und völlig unabhängig voneinander zu vermessen um auch bei einer kurzen Maschinentaktzeit eine exakte und 100%ige Prüfung beider Radscheiben gewährleisten zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, dass während einer Drehung der Welle (1) mit dem Kettenrad um einen vorgebbaren Winkel ein mit einem Tastelement bestückter Tastbolzen eines ortsfest an einer Messeinheit befestigten und mit einem Rechner verbundenen Profil-Messtasters mit einer voreinstellbaren Kraft radial an die Verzahnung des Kettenrades anlegbar ist.
Eine derartig ausgebildete Vorrichtung besitzt nicht nur einen einfachen und damit preiswerten Aufbau, sie ist auch universell einsetzbar und ermöglicht es, das einstückig mit der Welle gefertigte Kettenrad direkt nach seiner Bearbeitung, also noch vor Ort, in kürzester Zeit einerseits auf seine Maßhaltigkeit und andererseits auf seinen Rundlauf zur Welle zu messen. Bei einem sogenannten Duplex-Kettenrad, welches zwei Kettenradscheiben besitzt, können zur Erzielung einer möglichst kurzen Maschinentaktzeit beide Kettenradscheiben gleichzeitig und völlig unabhängig voneinander gemessen und kontrolliert werden. Darüber hinaus ist es auch möglich die Rundheit des Wellenabschnittes zu erfassen, der als Bezugsebene für die Rundlaufmessung des Kettenrads vorgesehen ist.
Weitere Merkmale einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 offenbart.
Die Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile derselben werden nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigen 1 eine perspektivische Aufrißdarstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der 1,
3 einen in Achsrichtung der Welle verlaufenden Schnitt durch die Vorrichtung der 1,
4 einen quer zur Welle verlaufenden Schnitt durch die Vorrichtung der 1 im Bereich eines Kettenrades.
Die 1 der Zeichnung zeigt eine Vorrichtung, mit der die Verzahnung eines einstückig mit einer Welle 1 gefertigten und in diesem Fall aus zwei Radscheiben 2a, 2b bestehenden Duplex-Kettenrades 2 überprüft werden kann. Diese Vorrichtung besteht zunächst aus einer in der Zeichnung nicht eingezeichneten Grundplatte, auf der zwei an sich bekannte, jedoch ebenfalls nicht gezeichnete Lagereinheiten mit vorzugsweise verstellbarem axialen Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Lagereinheiten können sowohl als Prismenrollen-Böcke oder als Spindelstock und Reitstock ausgebildet sein. Bei der Verwendung von Prismenrollen-Böcken wird einer Rolle ein Antrieb und einer anderen Rolle ein Winkelmessgerät zugeordnet. Beim Einsatz eines Spindelstockes und eines Reitstockes wird die Spindel mit dem Antrieb gekoppelt, der vorzugsweise auch mit dem Winkelmessgerät direkt verbunden ist. Der Reitstock wird dabei mit einer mitlaufenden Körnerspitze versehen.
Über den Antrieb kann die Welle 1 mit dem Duplex-Kettenrad 2 in Richtung eines Pfeiles 3 um einen Winkel von vorzugsweise 360° gedreht werden. Das Winkelmeßgerät ist an einen an sich bekannten Rechner angeschlossen, durch den die Drehbewegung der Welle 1 mit dem Duplex-Kettenrad 2 überwacht werden kann.
Die nicht gezeichneten Lagereinheiten positionieren die Welle 1 mit dem Duplex-Kettenrad 2 in einem vorgegebenen Abstand zur Oberfläche der Grundplatte. Im Bereich des Kettenrades 2 ist auf der Grundplatte ein U-förmiger Ständer 4 rechtwinklig zur Achse der Welle 1 montiert, der nach oben offen ist und der somit das Einlegen der Welle 1 mit dem Duplex-Kettenrad 2 frei von oben ermöglicht, um dann das Duplex-Kettenrad 2 etwa mittig über dem Steg 4a des Ständers 4 zu positionieren. Der Ständer 4 besitzt einen längeren Schenkel 4b und einen kürzeren Schenkel 4c, wobei oben am längeren Schenkel 4b beidseitig die Schenkel 5a, 5b eines Schwenkarmes 5 spielfrei angeschlossen bzw. gelagert sind. Der die beiden Schenkel 5a, 5b miteinander verbindende Steg 5c des Schwenkarmes 5 und damit der Schwenkarm 5 selbst stützt sich in einer horizontalen oder annähernd horizontalen Lage mit seinem halben Gewicht auf dem kürzeren Schenkel 4c des Ständers 4 auf einem besonders ausgebildeten Anschlagsystem 6 ab. Zur Betätigung des Schwenkarmes 5 dient ein zur Bedienseite hin hervorstehender Griff 5d. Etwa in der Mitte des Schwenkarmes 5 befindet sich zwischen den beiden Schenkeln 5a, 5b eine Messeinheit 7, die normalerweise ortsfest zwischen den beiden Schenkeln 5a, 5b angeordnet ist. Bedarfsweise kann diese Messeinheit 7 auch schwenkbar zwischen den beiden Schenkeln 5a, 5b des Schwenkarmes 5 gelagert sein, wobei jedoch nach dem Einstellen einer vorgegebenen Schwenk- bzw. Winkellage der Messeinheit 7 diese wieder ortsfest gesichert wird.
Die Messeinheit 7 ist U-förmig ausgebildet und besitzt einen oberen Steg 7a, an den sich nach unten zwei Schenkel 7b und 7c anschließen. In dem Steg 7a sind in diesem Ausführungsbeispiel von oben zwei Profil-Meßtaster 8, 9 ortsfest eingesetzt, deren Tastbolzen 8a, 9a nach unten in den freien Raum der Messeinheit 7 ragen. An das untere, freie Ende jedes Tastbolzens 8a, 9a schließt sich das eine Ende eines Federstabes 8b, 9b mit einem verhältnismäßig geringem Querschnitt an, während ihre anderen Enden jeweils mit einem stößelartigen Distanzstück 8c, 9c verbunden sind, die aus der Messeinheit 7 nach unten herausragen. Die stößelartigen Distanzstücke 8c, 9c sind über nur angedeuteten Linearführungen 8d, 9d axial verschiebbar geführt, die vorzugsweise als wälzkörpergelagerte Schlittenführungen ausgeführt und an den Schenkeln 7b, 7c angebracht sind.
An ihren aus der Messeinheit 7 herausragenden Enden ist jedes Distanzstück 8c, 9c mit einem horizontalen, stiftartigen, vorzugsweise aus Hartmetall gefertigten Tastelement 8e, 9e bestückt, die jeweils aus den einander abgewandten Seiten der Distanzstücke 8e, 9e herausragen und sich auf das Verzahnungsprofil der Radscheiben 2a und 2b auflegen lassen. In der Darstellung der 3 liegen die Tastelemente 8e, 9e auf dem Grund der Zahnlücken der Radscheiben 2a, 2b des Duplex-Kettenrades 2 auf. Der Schenkel 7c der Messeinheit 7 besitzt an seinem unteren Ende einen vorzugsweise nach innen gerichteten Vorsprung 10, in den in diesem Ausführungsbeispiel ein Wellen-Messtaster 11 eingesetzt ist, dessen am Ende seines Tastbolzens 11a befestigtes Tastelement 11b an bzw. auf der Welle 1 anliegt. Das Tastelement 11a ist hier vorteilhaft kugelförmig ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Hartmetall.
Die bisher mit ihren Bestandteilen beschriebene Messeinheit 7 ist entweder als auswechselbare autarke Baugruppe oder als Teil des Schwenkarmes 5 ausgebildet. Die beiden Profil-Messtaster 8, 9 und der Wellen-Messtaster 11 sind in gleicher Weise wie das Winkelmessgerät zur Kontrolle der Drehbewegung der Welle 1 an den bereits erwähnten, gemeinsamen Rechner angeschlossen. Die als Profil-Messtaster 8, 9 und Wellen-Messtaster 11 eingesetzten Messgeräte sind an sich bekannte und auf dem Markt erhältliche Bauteile. Es können dafür beispielweise Induktions-Messtaster oder auch Inkremental-Messtaster verwendet werden, die vorzugsweise sowohl über eine Gewichts- oder Federkraft, aber auch über eine Hilfsenergie anstellbar sind.
Zur Überprüfung der Verzahnung eines einstückig mit einer Welle 1 gefertigten Kettenrades – hier ist es ein Duplex-Kettenrad 2 – wird nun davon ausgegangen, dass sich der Schwenkarm 5 vorerst in der Ausgangsposition befindet, das heißt, er ist gegenüber der in 1 gezeigten Stellung um etwa 180° aufgeklappt. In dieser Lage des Schwenkarmes 5 kann die Welle 1 mit dem Duplex-Kettenrad 2 einfach und rasch in die Vorrichtung und damit zwischen die Schenkel 4b, 4c des Ständers 4 eingelegt sowie auf den Lagereinheiten abgelegt und auch wieder entnommen werden. Gleichzeitig können in dieser Stellung die gewichtsbetätigten Messtaster referenziert werden. Bei der Verwendung eines Spindel- und Reitstockes als Lagereinheit zur Aufnahme der Welle 1 wird diese zunächst auf einem Aufnahmeprisma abgelegt, welches sich auf der nicht gezeichneten Grundplatte zwischen dem Spindelstock und dem Reitstock befindet, so dass sie durch die Zustellung des Reitstockes eingespannt bzw. nach Beendigung des Messvorgangs mittels des Greifers eines Transfersystems abtransportiert werden kann. Bei Verwendung von Rollenprismen-Böcken als Lagereinheit kann auch ein derartiges Ablageprisma vorgesehen werden, um die Prismenrollen vor Schlägen und Überlastung zu schützen. Hierbei sollte das Ablageprisma aber vertikal verfahrbar sein, um die Welle 1 sanft auf die Prismenrollen ablegen und nach dem Messvorgang dem Greifer des Transfersystems zustellen zu können.
Zur Einleitung des Messvorgangs wird der Schwenkarm 5 wieder in die gezeichnete Lage zurückgeschwenkt und auf das dafür vorgesehene Anschlagsystem 6 aufgelegt. Dabei legen sich die stiftartigen Tastelemente 8e, 9e der Distanzstücke 8c, 9c auf das Verzahnungsprofil der Radscheiben 2a, 2b und übertragen ihre Bewegung über die Federstäbe 8b, 9b auf die Profil-Messtaster 8, 9, die ihrerseits ihre Gewichts-, Feder- oder durch die Hilfsenergie erzeugte Reaktionskraft auf die Tastelemente 8e, 9e übertragen.
Da eine solche Messvorrichtung geeignet ist, Kettenräder mit unterschiedlichen Teilungen zu messen, ist das Anschlagssystem 6 so ausgelegt, dass durch eine Verstellung des Anschlags und die damit verbundene Abstandsänderung der zwischen der Messeinheit 7 und der zur Aufnahme der Welle 1 dienenden Lagereinheit auch Kettenräder unterschiedlicher Durchmessern mit der gleichen Vorrichtung gemessen werden können. Ein auf die unterschiedlichen Kettenräder abgestufter Anschlag bietet so die Möglichkeit, unterschiedliche Kettenräder auch im Mix zu kontrollieren, wenn zuvor die Messwerte der entsprechenden Einstellmeister im Rechner hinterlegt sind. Es ist aber auch möglich die Durchmesserdifferenz unterschiedlicher Kettenräder durch eine radial Verstellung der Messeinheit 7 auszugleichen. Unabhängig davon legt sich das Tastelement 11b des Wellen-Messtasters 11 an einen als Bezugsebene vorgesehenen Abschnitt der Welle 1, vorzugsweise einer Lagerstelle, an, wenn der Wellen-Messtaster über einen ausreichend großen Messbereich verfügt.
Jetzt wird der Antrieb zum Drehen der Welle 1 angeschaltet. Während der Drehung tasten die stiftartigen Tastelemente 8e, 9e das gesamte Verzahnungsprofil des Duplex-Kettenrades 2 ab, während das Tastelement 11b des Wellen-Messtasters 11 die Welle 1 abtastet.
Durch die konstruktive Auslegung mit einem sehr flachen, vorausbestimmbaren und so optimierbaren Tastkraftverlauf und den geringen Reibkoeffizient der dafür ausgewählten Linearführungen gleiten die stiftartigen Tastelemente 8e, 9e auch noch bei verhältnismäßig hohen Steigungen von 60 bis 70° und einer rauen Werkstückoberfläche leichtgängig und formschlüssig über das Verzahnungsprofil. Durch die direkte Kopplung der Tastelemente 8e, 9e über die Distanzstücke 8c, 9c, die Federstäbe 8b, 9b mit den Tastbolzen 8a, 9a der Messtaster 8, 9 wird das Verzahnungsprofil beider Radscheiben 2a, 2b kraft- und formschlüssig abgescannt und deren Messwerte synchron an den Rechner übertragen.
Diese eingesetzten Federstäbe 8b, 9b bieten einerseits eine exakte axiale Kopplung und gleichen andererseits radiale Fluchtungsfehler zwischen den Linearführungen 8d, 9d und den Profil-Messtastern 8, 9 weitestgehend belastungsfrei aus. Während der Drehung der Welle 1 können so die Radscheiben 2a, 2b des Duplex-Kettenrades 2 über einen beliebigen Winkel, jedoch vorzugsweise über mindestens 360°, radial vermessen und aus den gleichzeitig damit aufgenommenen Messwerten des Wellen-Messtasters 11 nach Abschluss der Messung die Rundheit der Welle 1 in der abgetasteten Bezugsebene, der Rundlauf der Verzahnung zur Bezugsebene sowie die Rundlaufabweichung der Wellenlagerung rechnerisch ermittelt werden. Im Vergleich mit den Messwerten eines vorher in gleicher Weise vermessenen Einstellmeisters, lassen sich so leicht die tatsächlichen Messwertabweichungen ermitteln und diese auf die Einhaltung der im Rechner abspeicherten Toleranzgrenzen hin kontrollieren.
Da sich die Kette normalerweise nur im Bereich der Zahnlückenmulde auf die Radscheiben 2a, 2b des Duplex-Kettenrad 2 auflegt, ist die Vermessung dieses Bereiches von besonderer Bedeutung. Dementsprechend können für die Messung der Zahnlücken auch Profil-Messtaster xxx eingesetzt werden, die über einen geringen aber hochgenauen Messbereichsabschnitt sowie einen großen Freihubbereich verfügen, um bis über den Kopfkreis des Duplex-Kettenrades 2 hinaus ausweichen zu können.
Wie bereits angedeutet, haben sich als Tastelemente 8e, 9e exakt zylindrisch geschliffene Hartmetallstifte mit einem Durchmesser von 2 bis 4 mm bewährt. Dies entspricht einem Tastradius von 1 bis 2 mm. Dadurch ist es möglich, die durch das Fertigungsverfahren bedingte Oberflächenrauigkeit bereits mechanisch sinnvoll zu filtern und bei Verwendung eines Einstellmeisters die Tastradius-Korrektur weitestgehend zu vernachlässigen.
Der Schwenkarm 5 kann, wie oben beschrieben, sowohl von Hand als auch über einen Antrieb bewegt werden. Der Rundlauf-Messtaster 11 ist nicht zwangsläufig erforderlich. Er kann bei einer geänderten Aufgabenstellung entfallen. Wenn sich nur eine der beiden Radscheiben 2a oder 2b auf Welle 1 befindet, kann ein Profilmesstaster 8 oder 9 mit allen Zubehörteilen ebenfalls entfallen. Sollte die Steigung der Zahnlücken der Radscheiben 2a, 2b einen Winkel von beispielsweise 65° überschreiten, ist es möglich, die Messeinheit 7 um einen Winkel von etwa 5° bis 15° entgegen der Drehrichtung der Welle 1 im Schwenkarm 5 zu versetzen, um so die Steigung auf beispielsweise 50 bis 60° zu reduzieren. Die Profil-Messtaster 8, 9 können auch ohne die Federstäbe 8b, 9b und ohne die Distanzstücke 8c, 9c beispielweise direkt zur Profilabtastung eingesetzt werden. Die Messeinheit 7 kann auch anders ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Duplex-Kettenrad
2a: Radscheibe
2b: Radscheibe
3: Pfeil
4: Ständer
4a: Steg
4b: längerer Schenkel
4c: kürzerer Schenkel
5: Schwenkarm
5a: Schenkel
5b: Schenkel
5c: Steg
5d: Griff
6: Anschlagsystem
7: Messeinheit
7a: Steg
7b: Schenkel
7c: Schenkel
8: Profil-Meßtaster
8a: Tastbolzen
8b: Federstab
8c: Distanzstück
8d: Linearführung
8e: Tastelement
9: Profil-Meßtaster
9a: Tastbolzen
9b: Federstab
9c: Distanzstück
9d: Linearführung
9e: Tastelement
10: Vorsprung
11: Wellen-Meßtaster
11a: Tastbolzen
11b: Tastelement

Claims

Vorrichtung zur Überprüfung eines einstückig mit einer Welle gefertigten Kettenrades, bei der die Welle während der Überprüfung drehbar gelagert und ihre Drehbewegung über ein Winkelmessgerät erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Drehung der Welle (1) mit dem Kettenrad (2) um einen vorgebbaren Winkel ein mit einem Tastelement (8e, 9e) bestückter Tastbolzen (8a, 9a) eines ortsfest an einer Messeinheit (7) befestigten und mit einem Rechner verbundenen Profil-Messtasters (8, 9) mit einer voreinstellbaren Kraft radial an die Verzahnung des Kettenrades (2) anlegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (7) bei einem Duplex-Kettenrad (2) mit zwei Profil-Messtastern (8, 9) bestückt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tastbolzen (8a, 9a) und dem Tastelement (8e, 9e) ein Distanzstück (8c, 9c) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzstück (8c, 9c) über einen Federstab (8b, 9b) mit dem Tastbolzen (8a, 9a) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (8e, 9e) stiftartig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (7) mit einem die Welle (1) radial antastenden Wellen-Messtasters (11) bestückt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (7) an einem an einem Ständer (4) befestigten Schwenkarm (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (7) schwenk- und radial verstellbar am Schwenkarm (5) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schwenkarm (5) mit seinem freien Ende auf einem einstellbaren Anschlagsystem (6) abstützt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagsystem (6) und/oder die Messeinheit (7), bezogen auf unterschiedliche Kettenraddurchmesser, radial verstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (4) auf einer eine Lagerung für die drehbare Welle (1) aufnehmenden Grundplatte befestigt ist.