-
Vorrichtung zur Prüfung eines Zahnrades nach dem Einflanken-Prürverfahren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung eines Zahnrades nach dem Einflanken-Prüfverfahren,
mit einem angetriebenen Verzahnungselement, das mit dem zu prüfenden Zahnrad in
Eingriff steht, sowie mit wenigstens einem die Drehgeschwindigkeit des zu prüfenden
Zahnrades messenden elektrischen Drehzahlmesser.
-
Bei einer bekannten Vorrichtung zur Zahnradprüfung wird das zu prüfende
Zahnrad auf einer stillstehenden Welle angeordnet, während ein Meisterzahurad nach
Art eines Planetengetriebes um das zu prüfende Zahnrad kreist. Auf der Welle des
zu prüfenden Zahnrades sowie auf der Welle des. Meisterzahnrades sind Je eine Reibscheibe
mit einem dem Teilkreisdurchmesser entsprechenden Durchmesser vorgesehen. Während
das Meisterzahnrad mit seiner Reibscheibe fest verbunden ist, kann sich das zu prüfende
Zahnrad gegenüber seiner Reibscheibe etwas bewegen, was durch einen Zeiger stark
vergrößert sichtbar gemacht wird. Die aufeinander abrollenden Reibscheiben ergeben
den idealen Abwälzvorgang. Weist das zu prüfende Zahnrad Jedoch Verzahnungsfehler
auf, so muß es sich etwas gegenüber seiner Reibscheibe bewegen, was der Zeigerausschlag
vergrößert erkennen läßt.
-
Diese Ausführung ist mit zwei wesentlichen Nachteilen behaftet. Die
benötigten Reibscheiben sind verhältnismäßig teuer und begrenzen die Genauigkeit
des Prüfverfahrens.
-
Ungünstig ist ferner, daß für Zahnräder mit unterschiedlichem Teilkreisdurchmesser
gesonderte Reibscheiben benötigt werden.
-
Zur Prüfung eines Zahnrades nach dem Einflanken-PrAfverfahren ist
ferner eine Vorrichtung bekannt, bei der die Antriebswelle und die Abtriebswelle,
die durch ein Meisterzahnrad und das zu prüfende Zahnrad miteinander verbunden sind,
Je einen Drehfeldgeber einer elektrischen Welle tragen. Die Ständer dieser Drehfeldgeber
sind mit dem Drehstromnetz verbunden, während die Läufer, in denen eine Wechselspannung
induziert wird, gegeneinander geschaltet sind. Laufen beide Wellen und Drehfeldgeber
mit derselben Drehzahl um, so fließt in den Verbindungsleitungen der Läufer kein
Wechselstrom. Ein solcher Ausgleichs strom tritt erst auf, wenn die Läufer etwas
gegeneinander vor- oder nacheilen. Durch eine Wechselstrommessung in der Verbindungsleitung
kann also auf die Verzahnungsfehler des zu prüfenden Zahnrades geschlossen werden.
-
Nun müssen jedoch die beiden Drehfeldgeber in ihren Wicklungen und
Nuten absolut gleich ausgeführt sein, da etwaige Unterschiede zu Ausgleichs strömen
zwischen den beiden Läufern führen und auf diese Weise tatsächlich nicht vorhandene
Fehler des Zahnrades vorgetäuscht werden. Beide Drehfeldgeber müssen ferner stets
dieselbe Grunddrehzahl besitzen, damit die gegeneinandergeschalteten Wechselströme
gleiche Frequenz aufweisen. Werden also Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl
geprüft, so müssen vor den Drehfelder gebern mechanische Zahn- oder Reibradzwischengetriebe
vorgesehen werden. Hierdurch entstehen neue Fehlermöglichkeiten, die die eigentliche
Prüfung beeinträchtigen.
-
Es ist ferner bekannt, statt der Drehfeldgeber Scheiben zu verwenden,
die mit ausgebohrten, ausgefrästen oder in sonstiger Weise aufgebrachten Teilungen
versehen sind und beispielsweise photoelektrisch abgetastet werden. Es ist auch
schon bekannt, auf solchen Scheiben, die mit der Antriebs- und Abtriebswelle umlaufen,
magnetische Impulsgeber
vorzusehen und durch Tonköpfe abzutasten.
In allen Fällen entstehen Impuls folgen, deren Impulsabstand ermittelt und als Maß
für den Verzahnungsfehler benutzt wird.
-
Auch bei diesen Einrichtungen ist es Jedoch schwierig, auf die Scheiben
die Teilung mit der genügenden GenauLgkeit aufzubringen. Sollen ferner Zahnräder
mit unterschiedlicher Zähezahl geprüft werden, so entstehen Schwierigkeiten wegen
der unterschiedlichen Impulsfrequenz. Ungünstig ist weiterhin, daß durch die Impulsbildung
der an sich kontinuierliche Meßvorgang in einzelne Elemente zerhackt wird, wodurch
leicht Momentan- und Spitzenwerte verlorengehen.
-
Werden Scheiben mit hoher Teilgenauigkeit benutzt, so sind diese Scheiben
verhältnismäßig groß und teuer. Ebenso aufwendig ist auch die Abtastung und die
Erzeugung der Impulse auf digitaler Basis.
-
Es ist weiterhin eine Prüfvorrichtung bekannt, bei der mit Hilfe
von Linealen, Reibscheiben und schwenkbaren Kulissen eine Sollwert-Wälzbewegung
erzeugt wird, gegenüber der die aufeinander abwälzenden Zahnflanken eine Ist-Bewegung
so erzeugen, daß ein Meßfühler nur noch die Differenzbewegung zwischen Soll- und
Ist-Abwälzung übertragen erhält. Es handelt sich hierbei somit um eine SpezialPrüfmaschine,
die in vorhandene Getriebe im allgemeinen nicht eingebaut werden kann.
-
Es ist weiterhin eine Prüfvorrichtung bekannt, bei der auf den die
beiden Zahnräder tragenden Wellen seismische Schwingungsaufnehmer angeordnet sind,
die sich bei gleichmäßiger Drehbewegung in Null-Lage befinden) bei Bewegungsänderungen
dagegen aus dieser Null-Lage herausbewegt werden.
-
Die dabei erzeugten Ausschläge sind im allgemeinen der Beschleunigung
proportional. Es erweist sich hierbei als verhältnismäßig schwierig, die von der
Geschwindigkeit und von der Beschleunigung abhängigen Bewegungsvorgänge der Schwingungsaufnehmer
voneinander zu trennen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung
dieser Mängel der bekannten Ausführungen eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, die miteinfachen Mitteln eine sehr genaue Prüfung eines'Zahnrades
nach dem Einflanken-Prüfverfahren gestattet, die ferner auch die Prüfung von Zahnrädern
mit unterschiedlicher Zähnezahl ermöglicht und sich leicht in vorhandene Getriebe
einbauen läßt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehzahlmesser
durch eine Unipolarmaschine gebildet wird.
-
Eine Unipolarmaschine ist eine Gleichstrommaschine, in deren Anker
keine sich periodisch verändernde Wechsel-EMK induziert wird wie im Anker einer
üblichen Gleichstrommaschine, sondern eine EMK von gleichbleibender Richtung.
-
Während Unipolarmaschinen bisher in der Elektrotechnik im Hinblick
auf die erzeugte, verhältnismäßig geringe EMK kaum praktische Anwendung fanden,
ermöglicht ihr erfindungsgemäßer Einsatz bei der Prüfung eines Zahnrades nach dem
Einflanken-Prüfverfahren überraschende Vorteile.
-
Die Ausgangsspannung einer Unipolarmaschine ist nämlich bei konstanter
Drehzahl völlig wellenfrei, wobei die Spannungshöhe der Drehzahl direkt proportional
ist. Schwankungen dieser Spannung sind infolgedessen auf Anderungen der Drehgeschwindigkeit
zurückzuführen, die bei konstanter Antriebsdrehzahl in Verzahnungsfehlern des zu
prüfenden Zahnrades ihre Ursache haben.
-
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht
in dem außerordentlich einfachen Aufbau sowie in der Möglichkeit, die Vorrichtung
auch an bereits vorhandene Getriebe anzusetzen, um eine Einflanken-Wälzfehlerprüfung
vorzunehmen.
-
Eine praktische Ausführung besteht darin, die Unipolarmaschine über
einen die Gleichspannung abblockenden Sperrkondensator an eine meßwertverarbeitende
Einrichtung anzuschließen. Ein solcher Sperrkondensator hält den auf der Grunddrehzahl
beruhenden Gleichspannungswert fern und läßt zur meßwertverarbeitenden Einrichtung
lediglich den Wechselspannungsanteil durch, der ein Abbild der Verzahnungsfehler
ist.
-
Eine andere Möglichkeit zur Eliminierung der Grundgleichspannung
besteht darin, die Unipolarmaschine zusammen mit einer Kompensations-Gleichstromquelle
an eine meßwertverarbeitehde Einrichtung anzuschließen. Diese Kompensations-Gleichstromquelle
kann im einfachsten Fall durch eine Batterie mit nachgeschalteten Spannungsteiler
gebildet werden.
-
Eine besonders vorteilhafte Lösung besteht Jedoch darin, als Kompensations-Gleichstromquelle
eine auf der Welle des angetriebenen Verzahnungselementes angeordnete zweite Unipolarmaschine
mit nachgeschaltetem Spannungsteiler vorzusehen. In diesem Falle werden nämlich
zugleich Drehzahlschwankungen, die vom Antrieb herrühren, dadurch eliminiert, daß
sie in den Ausgangssignalen beider Unipolarmaschinen auftreten und bei der Gegeneinanderschaltung
in Wegfall kommen.
-
Die meßwertverarbeitende Einrichtung kann im einfachsten Falle ein
Anzeige- oder Registrierinstrüment sein. Dabei können insbesondere Maximalwerte
oder Mittelwerte (arithmetisch oder quadratisch) angezeigt werden.
-
Es ist Jedoch auch möglich, einen Integrator vorzusehen, der aus
den geschwindigkeitsproportionalen Signalen die Bewegungsänderung ermittelt und
damit die Verzahnungsabweichungen der beiden Zahnräder in Längenmaßen feststellt.
-
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig.1 bis 3 schematisch
veranschaulicht. Bei der Vorrichtung gemäß Fig.1 wird das zu prüfende Zahnrad 1
von einem Antrieb 2 über ein Zahnrad 3 angetrieben. Auf der Welle des Zahnrades
1 ist eine Unipolarmaschine Lt angeordnet, deren Ausgang einen Stromkreis speist,
der einen Sperrkondensator 5, einen Widerstand 6 und ein Anzeigeinstrument 7 enthält.
-
Weist das zu prüfende Zahnrad 1 keine Verzahnungsfehler auf, so liefert-die
Unipolarmaschine 4 bei konstanter Antriebsdrehzahl des Motors2 eine konstante Gleichspannung,
die durch den Kondensator 5 vom Anzeigeinstrument 7 ferngehalten wird. Jegliche
Verzahnungsfehler des Zahnrades 1 machen sich in Schwankungen der Ausgangs spannung
der Unipolarmaschine 4 bemerkbar, die als Wechselspannungsanteil vom Kondensator
5 zum Anzeigeinstrument 7 durchgelassen werden.
-
Gemäß Fig.2 ist die Unipolarmaschine 4 zusammen mit einer Kompensations-Gleichspannung
an das Anzeigeinstrument 7 angeschlossen. Diese Kompensations-Gleichspannung wird
von einer Batterie 8 und einem nachgeschalteten Spannungsteiler 9 geliefert. Der
Spannungsteiler 9 wird so eingestellt, daß bei der gewählten Antriebs drehzahl des
Motors 2 die am Spannungsteiler 9 abgegriffene Gleichspannung der Ausgangsspannung
der Unipolarmaschine Lt entspricht, so daß das Anzeigeinstrument 7 kein Signal erhält.
Auch hier machen sich Verzahnungsfehler des Zahnrades 1 in kleinen Schwankungen
der Drehzahl der Unipolarmaschine 4 bemerkbar, was zu Wechselspannungssignalen führt,
die durch das Anzeigeinstrument 7 angezeigt werden.
-
Bei der Ausführung gemäß Fig.3 ist auch auf der Welle des Zahnrades
3 eine Unipolarmaschine 10 angebracht, deren Ausgangsspannung einem Spannungsteiler
11 zugeführt wird. Die von diesem gelieferte Spannung wird der Spannung der Unipolarmaschie
Lt entgegengeschaltet, so daß das Anzeigeinstrument 7 normalerweise keine Gleichspannung
erhält. Verzahnungsfehler
der Zahnräder 1 oder 3 führten dagegen
zu Schwankungen der Ausgangsspannung der Unipolarmaschinen 4 bzw. 10 und damit zu
Wechselspannungssignalen, die vom Instrument 7 angezeigt werden.
-
Parallel zu diesem Anzeigeinstrument 7 ist ein Integrator 12 angeordnet,
der aus den erwähnten, geschwindigkeitsproportionalen Wechselspannungssignalen ein
wegabhängiges Signal ermittelt, das von einem Instrument 13 angezeigt wird und ein
unmittelbares Längenmaß für die Verzahnungsfehler der Zahnräder 1 und 3 darstellte
Ein besonderer Vorteil der Ausführung gemäß Fig.3 besteht'darin, daß sich bei Schwankungen
der Antriebsdrehzahl des Motors 2 die Ausgangsspannung der Unipolarmaschinen 4 und
10 im gleichen Maße ändert> so daß derartige Drehzahlschwankungen keinen Einfluß
auf die meßwertverarbeitende Einrichtung ausüben können.
-
Die erfindungsgemäß- verwendeten Unipolarmaschinen können auch durch
Reibradgetriebe mit den die zu prüfenden Zahnräder tragenden Wellen verbunden werden,
sofern diese Reibradgetriebe eine gleichmäßige Übertragung gewährleisten. Sehr vorteilhaft
ist es auch, daß die Untersuchung von Getrieben zur Kontrolle ihrer Laufeigenschaften
auch bei höheren Drehzahlen und Belastungen erfolgen kann. Mittels der Spannungsteiler
können die erhaltenen Ausgangsspannungen ohne weiteres der neßwertverarbeitenden
Einrichtung angepaßt werden.