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Vorrichtung zur Messung von Eigenschaften
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von Verzahnungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung
von Eigenschaften von Verzahnungen im Hinblick auf ihre nearbeitungsqualität, die
Auswahl der verwendeten Materialien, ihre Paarung und die Behandlung des verwendeten
Werkstoffs, beispielsweise durch Verdrehen einer Zahnradwelle vermittels einer in
ihrer Längsrichtung verschobenen Zahnstange.
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In vielen Fällen ist es in der Technik, insbesondere im Automobilbau,
notwendig, die Qualität von Verzahnungen, insbesondere der Verzahnungen einer Zahnstange
und einer zugehörigen Zahnradwelle in allen Einzelheiten genau zu kennen und zu
überwachen. Dadurch ist es möglich, die richtigen Bearbeitungsvorgänge auizuspUren
und auszuwählen, gut zusammenpassende Zahnradwellen und Zahnstangen auszusuchen
und Verbesserungen im Hinblick auf die Behandlung des Werkstoffes
auszuarbeiten.
Derartige sehr genau durchzuführende Arbeiten sind insbesondere erforderlich, wenn
Verzahnungspaarungen für die Servolenkung eines Kraftfahrzeugs überprüft, zusammengestellt
und im Hinblick auf ihre Bearbeitungsqualität verbessert werden sollen.
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Andere Anwendungsfälle sind die Zusammenstellung von Lenkwellen und
Arbeitskolben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung zu erstellen, mit
der unter Ausschaltung aller anderen Kräfte ausschließlich die Reibkraft gemessen
und aufgezeichnet werden kann, die während des Abwälzvorganges zwischen dem Zahnrad
im Bereich eines Zahnes und der Zahnstange auftritt.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß die zur
Verschiebung aufgebrachte Kraft und der Weg der Zahnstange sowie die durch diese
Bewegung auf die in einer Schwinge reibungslos gelagerte Zahnradwelle übertragene
Kraft gemessen und mit anderen Messungen dieser Art verglichen werden. Dazu wird
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Vorschub der Zahnstange von einer Spindel
hervorgerufen, zwischen welcher und der Zahnstange eine Meßdose eingeschaltet ist.
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Beim Vorschub der Zahnstange wird dann der Weg derselben
durch
einen induktiven Wegaufnehmer gemessen, der einerseits an der Zahnstangenlagerug
und andererseits an der Spindellagerung angebracht ist, die mit einem Grundrahmen
für die gesamte Vorrichtung verbunden ist, und der das durch Verdrehen der Spindel
erzeugte Drehmoment auf den Grundrahmen überträgt. Weiterhin ist die Zahnstangenlagerung
an mit dem Grundrahmen über eine Schwinge verbundenen langen Zugstahlbändern reibungsfrei
in einem Parallelogramm geradefúhrt.
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Die Zahnradwelle ist außerdem über eine Lagerbrücke gelagert, die
einerseits am Grundrahmen angelenkt und andererseits über eine Kraftmeßdose am Grundrahmen
abgestützt ist. Die reibungsfreie Lagerung der Zahnradwelle erfolgt in der Lagerbrücke
durch Lager im Lager doppelt wälzgelagert, und diese Wälzlagerungen werden zur Ausschaltung
der Reibung gegenläufig durch Motoren angetrieben, die an der Lagerbrücke angeordnet
sind.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfdhrungsbeispiels
in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten des
GegenstandesdBr Erfindung entnommen werden können.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der Meßvorrichtung teilweise
im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 Fig. 3 den oberen
linken Teil der Vorrichtung in der in Fig. 1 dargestellten Ansicht in vergrdßertem
Maßstab und teilweise im Schnitt, Fig. 4 den oberen rechten Teil der Vorrichtung
in der in Fig. 1 dargestellten Ansicht in vergrößertem Maßstab und teilweise im
Schnitt, Fig. 5 den linken oberen Teil der Vorrichtung in der in Fig. 2 dargestellten
Ansicht in vergrößertem Maßstab und teilweise im Schnitt.
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Zu einem Grundrahmen 1 der Meßvorrichtung gehören Stützsäulen 2 und
3 sowie ein Kragarm 4. An den Stützsäulen 2 ist mit einem Festlager 5 eine Lagerbrücke
6 angelenkt, die auf der anderen Seite ein Stützlager 7 aufweist. Dieses Stützlager
7 stützt sich
über eine Verspannschraube B, eine Me<3führungsbuchse
9, eine zylindrische Druckfeder 11, einen Bundbolzen 12, eine Stahlkugel 13 und
einen Lagerblock 14 auf einer Druckmeßdose 15 ab, die an der Sttzsäule 3 angeordnet
ist. Die Meßführungsbuchse 9 ist zur Verminderung der Reibung über Kugelhülsen 16
in einem Führungsstück 17 gelagert, das auf der Stützsäule 3 mit Zylinderschrauben
i8 befestigt ist.
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Der Kragarm 4 trägt einen Lagerbock 19 mit einer Lagerbuchse 21, die
die Aufgabe hat, ein mit einem Gewinde 22 versehenes Führungsstück 23 aufzunehmen.
Das FUhrungsstück 23 kann durch eine in das Gewinde 22 eingeschraubte Verstellspindel
24 in Längsrichtung der Lagerbuchse 21 hin und her verschoben werden. Zum Verdrehen
der Verstellspindel 24 ist an ihr ein Handrad 25 mit Ballengriff 26 angebracht.
Das Verdrehen des Führungsstückes 23 wird durch eine an ihm angebrachte Paßfeder
27 vermieden, die in einer entsprechenden Nut 28 gleiten kann.
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Die zu vermessende Zahnstange 29 ist Teil einer Zahnstangenbuchse
31, die auf eine Steckachse 32 aufgeschoben und dort spielfrei befestigt ist. Die
Steckachse 32 dient gewissermaßen als Zahnstangenverlängerung. Die beiden Enden
der Steckachse 32 sind mit Haltestücken 33 und*Xordelmuttern 34 gehalten. Die Haltestücke
und damit die Zahnstange sind reibungsfrei gehalten und geführt.
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Dazu dienen lange, an den Haltestücken 33 angebrachte Stahlbänder
35 und 36, welche die Steckachse in vertikaler und horizontaler Richtung in einer
Parallelogrammführung beim Verschieben der Zahnstange in ihrer Längsrichtung geradeführen.
Die beiden Stahlbänderpaare 35 und 36, die an den anderen Enden jeweils mit dem
Grundrahmen verbunden sind, bilden mit diesem zusammen ein formschlüssiges Gehänge.
Die vertikalen Stahlbänder 35 sind mit Haltepratzen 37 am Grundrahmen 1 festgeschraubt.
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Um jegliches Verkanten zwischen der Zahnstange 29 und der mit dieser
zu vermessenden Zahnradwelle 38 zu vermeiden, sind die horizontalen langen Stahlbänder
36 nicht direkt, sondern über eine Wippe 39 mit dem Grundrahmen 1 verbunden.
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Die Wippe 39 weist in ihrer Mitte eine Gelenklagerung 41 auf, mit
der sie am Grundrahmen 1 angelenkt ist, während an ihren beiden Enden die Stahlbänder
36 befestigt sind, die andererseits - wie schon erwähnt - an den Haltestücken 33
angreifen.
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Die reibungsfreie Lagerung der Zahnradwelle 38 in der Lagerbrücke
6 kommt durch eine doppelte Wälzlagerung zustande, wobei jeweils ein äußeres Lager
42 in einem inneren Lager 43 gelagert ist und die zwischen den beiden Lagern befindlichen
Lagerbuchsen 44 zur Ausschaltung der Reibung vermittels Keilriemen 48 gegenläufig
durch Motoren 45 angetrieben werden, die an der Lagerbrücke 6
angeordnet
sind. Die Lager 42 und 43 werden durch insgesamt acht Rillenkugellager gebildet.
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Zur erfindungsgemäßen Messung der Eigenschaften von Zahnradwelle 38
und Zahnstange 29 wird nun zunächst durch Verdrehen der Verspannschraube 8 ein vorbestimmter
Druck eingestellt, mit dem Zahnstange 29 und Zahnradwelle 38 aneinanderliegen, wodurch
die Stahlbänder 35 gespannt werden. Auch die Stahlbänder 36 sind zu spannen; dies
geschieht im vorliegenden Falle dadurch, daß die Verzahnung der Zahnradwelle 38
kegelig ausgebildet ist.
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Daraufhin. wird die Zahnstange 29 durch Verdrehen der Verstellspindel
24 verschoben. Die dabei ausgeübte Kraft wird von einem induktiven Kraftaufnehmer
46 gemessen, der zwischen die Steckachse 32 und das Führungsstück 23 eingebaut ist.
Diese Zahnstangenverschiebung und die dadurch erzwungene Drehbewegung der Zahnradwelle
erfolgen reibungsfrei, so daß ala Meßgröße die reine Reibung kraft in der Verzahnung
in diesem induktiven Kraftaufnehmer 46 gemessen und aufgezeichnet wird. Im übrigen
ist parallel zur Verschieberichtung der Zahnstange 29 mit der Steckachse 32 ein
induktiver Wegaufnehmer 47 angebaut. Mit Hilfe dieser beiden Meßglieder ist es möglich,
die Reibungskraft in der Verzahnung als Schiebekraft sowie letztlich den Verdrehwinkel
der Zahnradwelle 38 durch ein Registriergerät aufzuzeichnen.
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Diese Meßwerte geben Aufschluß über die Eigenschaften der Zahnglieder
in Abhängigkeit von der Bearbeitungsqualität, der Auswahl des verwendeten Materials
und der sonstigen Behandlung des Werkstoffes.
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Diese Messungen können auch dazu dienen, zur Zusammenarbeit geeignete
Zahnwellen und Zahnstangen auszusuchen und miteinander zu paaren.