DE2747863C3 - Evolventen- und Zahnschrägenprüfgerät - Google Patents

Description

— für den Meßschlitten (3) und die Wälzscheibe (12) je ein eigener Antriebsmotor (13 bzw. 14) vorgesehen ist

— die mechanische Getriebekette zwischen dem Steuerschlitten (9) und dem Wälzlineal (11) durch einen Relativbewegungen zwischen Steuerscfeüiten (9) und Wälzlineal (11) erfassenden Wegaainehrner (17) unterbrochen ist

— und der Ausgang des Wegaufnehmers (17) einerseits mit einer Nachlaufregeleinheit (15) für den Antriebsmotor (13) des Meßschlittens (3) und andererseits über einen Differenzbildner (19) mit dem Meßtaster (1) verbunden ist

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hebel (16) vorgesehen ist, der die Relativbewegungen zwischen Steuerschlitten (9) und Wälzlineal ί * t) entsprechend dem jeweiligen Grundkreisdurchmesser des Prüfrades verstärkt auf den nach Maßstab (18) einstellbaren Wegaufnehmer (17) überträgt.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wegaufnehmer (17) einerseits und der Nachlaufregeleinheit (15) sowie dem Differenzbildner (19) andererseits ein elektrischer Verstärker vorgesehen ist, dessen Verstärkung entsprechend dem jeweiligen Grundkreisdurchmesser des Prüfrades einstellbar ist

Die Erfindung betrifft ein stufenlos einstellbares Evolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerät mit einer die Sollbezugslinie erzeugenden, mechanisch arbeitenden Getriebekette zwischen dem den Meßtaster tragenden Meßschlitten und der mit dem Prüfrad gleichachsig verbundenen Wälzscheibe. Damit geht sie von einem Stand der Technik aus, wie er beispielsweise in DE-PS 94 033 beschrieben wird.

Da die Entwicklung in der Antriebstechnik zu immer höheren Leistungen und damit zu immer größeren und schwereren Zahnrädern führt, ergibt sich die Notwendigkeit, Zahnräder mit einem Durchmesser von mehr als 2000 mm genauer als bisher messen zu können. Die herkömmlich angewendeten Meßverfahren beschränken sich auf Sammelfehlerprüfungen mit bekanntlich geringer Aussagekraft und auf Einzelfehlerprüfungen mit tragbaren Geräten, zum Beispiel gemäß DE-PS 1041 265. Der Aufwand und die Genauigkeit dieser Geräte genügen aber nicht den Anforderungen, die heute bei der Evolventen- und Zahnschrägenprüfung gestellt werden müssen. Dagegen können auf den bekannten Meßschienen, insbesondere auf solchen mit stufenloser Grundkreiseinstellung (DE-PS 9 76 912, DE-PS 12 94 033, DE-PS 22 05 821), die diese Forderungen vom Prinzip her erfüllen, nur Stirnräder bis maximal 1600 mm Durchmesser und mit Gewichten bis ca. 4000 kg gemessen werden.
Lediglich durch größere Dimensionierung dieser mechanisch arbeitenden Geräte kann das Problem nicht gelöst werden, weil mehrere Gründe entgegenstehen. Die Pr^räder müssen im allgemeinen= über eine Getriebekette angetrieben werden, die gleichzeitig eine Meßfunktion erfüllt. Es müßten also wesentlich größere

ίο und stärkere Getriebeglieder mit mindestens gleicher Präzision gefertigt werden, was mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht möglich ist Außerdem kommt hinzu, daß bei den sehr schweren Zahnrädern je nach der momentanen Stellung der Getriebekette unterschiedliche Verformungen und damit Meßfehler auftreten würden.

Schließlich wird auch das gesamte Meßsystem immer schwingungsempfindlicher, je größer die Masse der Prüfräder ist, die bei den sehr langsamen Meßbewegungen zum Beispiel durch Stkk-Slip-Effekte in der hochbelasteten Radlagerung oder den Führungen angeregt werden können.

Um die aufgezeigten Probleme ganz zu umgehen, sind verschiedene Zahnrad-Prüfgeräte entwickelt worden, die die Sollbezugslinie, nämlich eine Evolvente beziehungsweise eine Schraubenlinie, mit rein elektronischen Mitteln anstelle der mechanischen Getriebekette realisieren, wie es zum Beispiel in der DE-OS 23 54 248 und DE-OS 24 29 664 beschrieben wird.

Bei diesen Geräten ist je ein eigener Antrieb für die Drehbewegung des Prüflings und die Linearbewegung des Meßschlittens mit dem Meßtaster vorgesehen. Die Drehbewegung wird von einem Meßwertgeber durch Impulsfolgen erfaßt und einem Rechner zugeführt, der eine der programmierten Sollbezugslinie entsprechende Ausgangsimpulsfolge abgibt Sie steuert entweder unmittelbar einen Schrittmotor für die Linearbewegung des Meßschlittens oder wird als 5'sgangssignal einer Nachlaufsteuerung für den Meßschlitten verwendet Die Genauigkeit dieser Prüfgeräte wird hauptsächlich durch die Genauigkeit der Meßwertgeber bestimmt, die über einen sehr großen Meßbereich mit hoher Auflösung verfügen müssen. Außerdem ist die Positioniergeschwindigkeit von entscheidender Bedeutung, weil der Meßtaster am Prüfling nur dann einen Meßwert aufnehmen darf, wenn der Meßschlitten seine vorausberechnete Sollposition erreicht hat. Der Nachteil dieser Geräte liegt also außer in den genauen Meßwertgebern darin, daß zum Erzielen der erforderlichen Rechengeso schwindigkeit und Zuverlässigkeit ein erheblicher Aufwand in der Elektronik getrieben werden muß, was zu einem hohen Preis führt und der Verbreitung solcher Geräte bisher im Wege steht

Bei anderen gattungsähnlichen Ausgestaltungen ist

ein zweiter, zusätzlich zum Motor des Meßschlittens vorgesehener und der Wälzscheibe zugeordneter Motor als automatischer Hilfsantrieb für die Wälzscheibe ausgestaltet. Er unterstützt die Meßbewegung und verringert die Belastung der mechanischen Getriebekette, die durch Reibung entsteht. Die Getriebekette ist nach wie vor ununterbrochen durchlaufend gestaltet. Ihr obliegt zusätzlich zur Meßfunktion eine Kraftübertragung vom Meßschlittenantrieb zur Wälzscheibe. Zufolge des Hilfsantriebes lassen sich mit solchen Ausgestaltungen zwar auch Zahnräder größerer Gestalt und größeren Gewichtes prüfen, dies jedoch mit erheblichem Aufwand. Denn der Hilfsantrieb mit der für ihn notwendigen automatischen Regelung in Abhängigkeit vom

Hauptantrieb verlangt nicht nur eine Anpassung an den aktuellen Reibwiderstand, sondern auch an das Trägheitsmoment und die jeweils momentan vorliegende Winkelgeschwindigkeit des Prüflings. Dies ist zumindest zeitaufwendig, störanfällig und Ursache von Fehlerquellen, vor allem deshalb, weil d*e Steuerung der beiden Motoren zusätzlich auch die insbesondere von Umwelteinflüssen abhängigen Gegebenheiten der die Motoren verbindenden Getriebekette berücksichtigen muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein i» mechanisch die Soübezugslinie erzeugendes Evolventen- und Zahnschrägenprüfgerät zu entwickeln, mit dem trotz einfacher Bauform größere Zahnräder als bisher mit mindestens gleicher Genauigkeit geprüft werden können dadurch, daß der Getriebekette nur noch eine Meßfunkticn zukommt

Gelöst ist diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen heraus.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme besteht darin, daß die Getriebekette vom Antrieb des Prüfrades entlastet ist und bei der Erzeugung der Sollbezugslinie nur noch eine reine Meßfunktion erfüllen muß. Diese Teilaufgabe wird beim heutigen Fertigungsstand von der Getriebekette mit hoher Genauigkeit gelöst Daher können alle Abweichungen der Zahnflanke gegenüber der Sollbezugslinie auch bei großen und schweren Prüfrädern sehr genau gemessen werden. Obwohl wegen der Trägheit jeder Regelung momentane Lagefehler des Meßtasters gegenüber dem Prüfrad nicht ganz vermeidbar sind, wird das Meßergebnis dadurch nicht beeinträchtigt, weil der Meßwert des Meßtasters vor seiner Anzeige um den vom Wegaufnehmer gemessenen Lagefehler korrigiert wird. Daraus ergibt sich der entscheidende Vorteil, daß für die beiden Antriebseinheiten und die Regelung keine hohe Genauigkeit und auch keine kurzen Regelzeiten erforderlich shd und trotzdem eine hohe Gesamtgenauigkeit des Prüfgerätes erreicht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines ^jo Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 perspektivische Darstellung der Getriebekette eines herkömmlichen Evolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerätes,

F i g. 2 perspektivische Darstellung der Getriebekette eines erfindungsgemäßen Evolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerätes,

F i g. 3 Schemabild bei eutr.r Evolventenmessung.

F i g. i zeigt — stark vereinfacht — die Getriebekette eines mechanisch arbeitenden Prüfgerätes mit stufenloser Grundkreiseinstellung. Der Meßtaster (1) wird relativ zum Prüfrad (2) in bekannter Weise entweder auf einer Evolvente oder auf einer Schraubenlinie geführt, so daß die Abweichungen der Zahnflanke von der jeweiligen Bezugskurve vom Meßtaster (1) aufgenommen und an das Anzeigegerät (20) weitergegeben werden können. Die Getriebekette besteht aus dem Meßschlitten (3), auf dem der Gleitstein (4) mit dem Meßtaster (1) vertikal verfahren kann, und dem Wälzschlitten (5), der über eine erste drehbare Kulissenführung (6) mit dem Gleitstein (4) des Meßschlittens (3) verbunden ist. Beide Schlitten bewegen sich tangential zum Prüfrad (2). Die Kette setzt sich fort, indem der Wälzschlitten (5) mit Bolzen (7) in eine zweite drehbare Kolbenführung (8) am Steuerschlitten (9) greift, der radial zum Prüfrad (2) verfährt. Am Steuerschlitten (9) ist mit Verbindungselement (10) das Wälzlineal (11) angeler.u". das die Wälzscheibe (12) and das damit fest verbundene Prüfrad (2) um die gemeinsame vertikale Achse dreht Der Antrieb der gesamten Getriebekette mit Hilfe des Motors (13) muß bei der Evolventenprüfung vom Meßschlitten (3) beziehungsweise bei der Zahnschrägenprüfung vom Gleitstein (4) aus erfolgen, um ungünstige ObertragungsverhäJtnisse oder sogar Selbsthemmung in den Kulissenführungen zu vermeiden. Insbesondere steht die drehbare Kulissenführung (8) immer mehr tangential als radial zum Prüfrad, da die Grundkreisdurchmesser der Prüfräder größer sind als die Wälzscheibe (12).

F i g. 2 liegt im wesentlichen die gleiche Getriebekette zugrunde wie der F i g. !,jedoch ist sie erfindungsgemäß unterbrochen, um große Prüfräder nicht über die Getriebekette, sondern unmittelbar mit Hilfe des Motors (14) antreiben zu können, der über die Regeleinheit (15) mit dem Motor (13) verbunden ist Die Trennstelle liegt zwischen dem Steuer?~hlitten (9) und dem Wälzlineal (11). Das hat der. Vorteil, daß beide Teilketten immer unter günstigen Übertragungsverhältnissen angetrieben werden und praktisch unbelastet mitlaufen.

Auf dem Steuerschlitten (9) ist gegenüber Fig. 1 ferner ein zweiarmiger Hebel (16) drehbar befestigt an dessen einem Arm das Wälzlineal (11) anliegt Entlang dem anderen Hebelarm läßt sich ein Wegaufnehmer (17) mittels Maßstab (18) einstellen und am Steuerschlitten (9) festklemmen, wobei seine Tastspitze am Hebel (16) anliegt. Der Wegaufnehmer (17) mißt die um das Hebelverhältnis vergrößerten Relativbewegungen zwischen dem Steuerschlitten (9) und dem Wälzlineal (11). Statt der Elemente (16, 17, 18), die als einstellbarer mechanischer Verstärker wirken, kann auch vorteilhaft einem unmittelbar am Wälzlineal (11) anliegenden Wegaufnehmer (17) ein einstellbarer elektrischer Verstärker nachgeschaltet sein. Die vom W^gaufnehmer (17) gemessenen Abweichungen werden sowohl der Regeleinheit (15) als auch dem Differenzbildner (19) zugeführt Der Differenzbildner (19) zieht den Betrag der momentanen Lageabweichung vorzeichengerecht vom jeweiligen Meßwert des Meßtasters (1\ ab und führt den so korrigierten Meßwert dem Anzeigegerät (20)zu.

Fig.3 zeigt schematisch das Meßprinzip des erfindungsgemäßen Prüfgerätes bei einer Evolventenmessung. In diesem Fall sind Meßschlitten (3) und Wälzschlitten (5) starr miteinander verbunden, Gleitstein (4) steht still. Der Motor (14) dreht das Prüfrad so, daß ein Punkt auf seinem Grundkreis (21) vom Durchmesser cfe die Strecke v_t zurücklegt. Gleichzeitig legt ein Punkt auf der kleineren Wälzscheibe (12) vom Durchmesser D - und damit auch das Wälzlineal (11) — die Strecke w\ = (D!(ib)v\ zurück.

Die Regeleinheit (15) veranlaßt den Motor (13) seinerseits den Meßschlitten (3) mit dem Meßtaster (1) tangential zu verschieben, wobei die zurückgelegte Strecke V2, die eigentlich gleich v\ sein soll, aufgrund der Trägheit der Regelung um einen unbekannten Betrag Δ von Vi abweicht. Der Meßschlitten (3) ist mit dem Steuerschlitten (9) über den Wälzschlitten (5), Bolzen (7) und die Kulissenführung (8) verbunden, an der durch Drehung um den Winkel « das Durchmesserverhältnis tan <x = Dldb eingestelh ist Folglich legt der Steuer-Schlitten (9) die Strecke wi*=(Dldb)v2 zurück. Zwischen dem Steuerschlitten (9) und dem Wälzlineal (11) tritt also eine Relativbewegung von

vi -

(D/db)A

auf. Der angelenkte Hebel (16) verstärkt diese Verschiebung um das am Maßstab (18) eingestellte umgekehrte Durchmesserverhältnis diJD, so daß der Wegaufnehmer (17) den als momentane Lageabweichung gesuchten Betrag Δ mißt Die Getriebekette erfüllt damit also eine reine Meßfunktion.

In der gezeichneten Stellung zeigt der Meßtaster (1) einen Meßwert an, der sich aus der Abweichung /"der Prüfflanke (22) gegenüber der Soll-Evolvente (23) und aus dem Betrag Δ zusammensetzt, um den der ganze κι Meßtaster in seiner Lage die Soll-Evolvente verfehlt hat. Wird also vom Meßwert des Meßtasters der am Hebel (16) festgestellte Betrag Δ vorzeichengerecht abgezogen, erhält man die gesuchte Profilformabweichung/!

Ähnliche Verhältnisse ergeben sich bei der Prüfung der Zahnschräge. In diesem Fall steht der Meßschlitten (3) still, und Motor (13) treibt den Gleitstein (4) in vertikaler Richtung an. Aufgrund der Kulissenführung (6) legt dann der Wälzschlitten (5) die oben erwähnte Strecke v₂ zurück; alle übrigen Betrachtungen bleiben gleich, auch hier werden alle Vorteile der erfindungsgemäßen Entlastung der Getriebekette genutzt, nur erhält man so die Flankenlinienabweichung.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

JO

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   t. Stufenlos einstellbares Evolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerät mit einer die Sollbezugslinie erzeugenden, mechanisch arbeitenden, unter anderem einen Steuerschlitten und ein Wälzlineal aufweisenden Getriebekette zwischen dem den Meßtaster tragenden motorgetriebenen Meßschlittec und der mit dem Prüfrad gleichachsig verbundenen Wälzscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß,