DE2850938A1

DE2850938A1 - Einrichtung zur dynamischen pruefung zweier ineinandergreifender zahnraeder

Info

Publication number: DE2850938A1
Application number: DE19782850938
Authority: DE
Inventors: Alirio Dapiran
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1978-11-24
Publication date: 1979-05-31
Also published as: JPS5483497A; FR2410265B1; GB2008753A; US4196620A; DE2850938B2; FR2410265A1; GB2008753B; IT1091619B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, DiPl₁-PhYs. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing.H.Liska

SBRT

8 MÜNCHEN 86, DEN 2 L Mq>, • POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22 -

PIAT Societa per Azioni
Corso Marconi IO
Turin / Italien

Einrichtung zur dynamischen Prüfung zweier ineinandergreifender Zahnräder

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur dynamischen Prüfung zweier ineinandergreifender Zahnräder, von denen eines ein Antriebszahnrad ist, mit einer ersten und einer zweiten Drehlagerung für die beiden Zahnräder, einem Antriebsmotor für die eine Drehlagerung, einer Brems vorrichtung für die andere Drehlagerung, einem mit einer oder beiden Drehlagerungen verbundenen Beschleunigungsmesser zur Feststellung von Vibrationenmindestens eines Zahnrads und zur Erzeugung entsprechender elektrischer Signale,^ einer Signalauswertevorrichtung und einer damit verbundenen Sichtanzeige- und/oder Aufzeichnungsvorrichtung.

Unter der Bezeichnung "Zahnrad" soll im folgenden jedes gezahnx te Element verstanden werden, das unabhängiger Bestandteil einer Anordnung, beispielsweise eines Getriebes ist. Es kann sich dabei u.a. beispielsweise um ein Ritzel, einen Zahnring oder auch um eine Zahnanordnung auf einer Welle o.a. handeln. Darunter sind beispielsweise auch Stirn- und Kegelräder zu verstehen.

Bekanntlich überträgt jede mit Zahnrädern arbeitende Einrichtung auf ihre Umgebung ein gewisses Geräusch durch Vibrationen, die durch Unregelmäßigkeiten der Zahnradbewegung verursacht werden. Die Vibrationen werden über mit den Zahnrädern in Berührung stehende Flächen von Teilen übertragen, die unter der Einwirkung solcher Unregelmäßigkeiten stark vibrieren.

Wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen und sich drehen, so können hierbei zwei Erscheinungen festgestellt werden: die eine Erscheinung besteht darin, daß zwischen den beiden Zahnrädern "Tangentialkräfte" senkrecht zu den einander berührenden Flächen erzeugt werden. Obwohl theoretisch einem konstanten Drehmoment eine konstante Kraft .(und die damit zusammenhängende Gegenkraft) entsprechen sollte, treten in der Praxis

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jedoch durch unvermeidliche Fehler der beiden Zahnräder Änderungen der Kräfte, ihrer Richtungen und ihrer Wirkungslinien auf, durch die die genannten Vibrationen verursacht werden. Die Änderungen der Kraftbeträge sind auf die Massenträgheit des oder der angetriebenen Zahnräder, die Änderungen der Richtungen auf Formänderungen der Zahnflanken gegenüber der theoretisch ermittelten Form und die Änderungen der Wirklinien auf die Tatsache zurückzuführen, daß eine Wirklinie immer durch einen Schwerpunkt bezüglich des Kontaktbereichs zwischen den ineinandergreifenden Zahnrädern verläuft. Die zweite Erscheinung besteht darin, daß auch bei gleichförmiger Drehung des Antriebszahnrades das angetriebene Zahnrad eine Geschwindigkeit hat, die sich relativ zur theoretischen Geschwindigkeit ändert, was auf Winkelfehler der Zähne, die Exzentrizität der Zahnräder gegenüber ihren Rotationsachsen und auf Abweichungen der Flankenformen der Zähne von der theoretisch ermittelten Form zurückzuführen ist. Diese Variation der Geschwindigkeit des angetriebenen Zahnrades ist mit Geräuschen verbunden.

Die beiden vorstehend beschriebenen Erscheinungen, die auf geometrische Unregelmäßigkeiten der Zahnräder zurückzuführen sind, können nach verschiedenen Methoden ausgewertet werden. Für die industrielle Prüfung von Massenproduktionen ist ein Verfahren am besten geeignet, bei dem Beschleunigungsmessungen mit Vorrichtungen durchgeführt werden, die allgemein als "Zahnradgeräuschprüfer" oder als "dynamische Zahnradmesser" bezeichnet werden.

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art sind die Drehlagerungen durch zwei Spannfutter gebildet, an denen die zu prüfenden Zahnräder befestigt sind. Die Vibrationen werden mit Beschleunigungsmessern gemessen, die mit den Lagern verbunden sind, in denen die Spannfutter drehbar sind. Die elektrischen Signale der Beschleunigungsmesser werden nach möglichst weitgehender

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Aussonderung von Störsignalen in Form einer Kurve auf einem Oszilloskop und/oder als Linie auf einem Papierstreifen aufgezeichnet. Wegen der Anordnung bzw. Montage der Beschleunigungsmesser geben ihre Signale jedoch die positiven und negativen Beschleunigungen infolge der Zahnfehler nicht naturgetreu wieder. Die Richtung maximaler Empfindlichkeit der Be- · schleunigungsmesser ist im Raum festgelegt,, so daß allein die Komponente des Beschleunigungsvektors in dieser Richtung zum jeweiligen Zeitpunkt ausgewertet wird. Diese Komponente ändert jedoch neben ihrem Absolutwert auch ihre Richtung und ihre Wirklinie.

Somit ist es bei den bekannten Einrichtungen nur möglich, Zahnfehler näherungsweise auszuwerten, und eine solche Auswertung wird noch durch die vielen Störsignalkomponenten der Wandlersignale erschwert, denn diese können nicht vollständig beseitigt werden. Sie sind auf Vibrationen zurückzuführen, die nicht durch Zahnfehler verursacht werden. Die wichtigste Störsignalkomponente tritt mit einer Frequenz auf, die der charakteristischen oder Resonanzfrequenz der Meßeinrichtung entspricht, wobei diese Resonanzfrequenz wiederum durch die Summe der Vibrationen eines jeden bewegten Teils gekennzeichnet ist.

Die Lokalisierung einzelner fehlerhafter Zähne durch Beschleunigungsmesser, die stationär relativ zu einem festen Bezugsrahmen angeordnet sind, ist nicht möglich, wenn nicht ein separates System zur Identifizierung der jeweils aktuellen Winkelposition des sich drehenden Zahnrads vorgesehen ist. Nur dadurch erhält man eine die Winkelposition angebende Kurve, die mit der die Beschleunigungen angebenden Kurve kombiniert werden kann.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur dynamischen Prüfung von Zahnrädern anzugeben, die gegenüber bisherigen Einrichtungen dieser Art.eine genauere Anzeige von Zahnfehlern liefert.

Eine Einrichtung eingangs genannter Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet,- daß der Beschleunigungsmesser zwei Beschleunigungswandler aufweist, die gemeinsam mit einem der Zahnräder auf einem Teil der Drehlagerungen drehbar sind, der nicht durch Kräfte des Antriebsmotors beaufschlagt ist, die über die Drehlagerungen und die Zahnräder auf die Bremsvorrichtung übertragen werden, daß die Beschleunigungswandler mit ihren- Hauptempfindlichkeitsrichtungen senkrecht zueinander und zur Drehachse des genannten Teils der Drehlagerungen angeordnet sind, wobei sich ihre Hauptempfindlichkeitsrichtungen auf dieser Drehachse schneiden und ihre Massen auf dieser Drehachse liegen, und daß die Signalauswertevorrichtung über Schleifringe mit den Beschleunigungswandlern verbunden ist und Vorrichtungen zur Quadrierung und anschließenden Summierung der Wandlersignale enthält.

Bei einer Einrichtung nach der Erfindung sind die Beschleunigungswandler gemeinsam mit dem jeweils zu prüfenden Zahnrad drehbar und ihm möglichst nahe angeordnet. Durch diese Anordnung werden sie durch die unvermeidlichen Störvibrationen des Antriebsmotors und der Bremsvorrichtung praktisch nicht beeinflußt, und der Einfluß der anderen, Störsignale übertragenden Komponenten ist noch geringer. Durch eine um 90° gegeneinander versetzte Anordnung sprechen die Wandler jeweils auf eine von zwei senkrecht zueinander liegenden Beschleunigungskomponenten an und erzeugen diesen Komponenten proportionale elektrische Signale. Die Quadrierung und nachfolgende Summierung dieser Signale führt zu einem Ausgangssignal, in dem die Form der Beschleunigungen oder Vibrationen in einer

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Ebene senkrecht zur Rotationsachse des jeweiligen Zahnrads, die durch Zahnfehler verursacht wird, wiedergegeben werden kann, ohne daß in dem Ausgangssignal eine merkliche Störkomponente infolge der Rotation vorhanden ist.

Da die Winkelposition des Beschleunigungsmessers relativ zu dem zu prüfenden Zahnrad fest ist, kann man leicht erkennen, wie leicht die Position eines fehlerhaften Zahns ausgehend von der entsprechenden Position der letztlich wiedergegebenen Kurve festgestellt werden kann, wobei vorauszusetzen ist, daß diese Kurve immer in einer vorgegebenen Winkelposition des Zahnrads beginnt. Diese Bedingung ist leicht zu erfüllen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise gebrochene perspektivische Darstellung der Gesamteinrichtung,

Fig. 2 eine Vorderansicht des mechanischen Teils auf der linken Seite der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung,

Fig. 3 einen Seitenteilschnitt der Drehlagerung für ein zu prüfendes Antriebszahnrad,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV aus Fig. 3 in größerem Maßstab,

Fig. 5 den Seitenteilschnitt der Drehlagerung für ein zu prüfendes angetriebenes Zahnrad,

Fig. 6 . den Schnitt VI-VI aus Fig. 5 in größerem Maßstab,

Fig. 7 einen Seitenteilschnitt eines Teils der in Fig. 5 gezeigten Drehlagerung in größerem Maßstab,

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Pig. 8 einen Vertikalschnitt eines weiteren Teils der in Pig· 5 gezeigten Drehlagerung in größerem Maßstab,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Teils der in -. Fig. 8 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 10 den Schnitt X-X aus Pig. ]5 in größerem Maßstab, Fig. 11 den Schnitt XI-XI aus Fig. 5 in größerem Maßstab und

Fig. 12 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Signalauswertevorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung nach der Erfindung dargestellt. Sie hat ein stabiles Metallgehäuse, das in zwei Hauptabschnitte unterteilt ist, nämlich einen Steuerteil 10 und einen Prüfteil 12.

Der Steuerteil 10 hat an seiner Vorderseite ein Bedienungsfeld, das u.a. den Bildschirn 14 eines Oszilloskops enthält.

Der Prüfteil 12 ist durch eine Tür 16 zugänglich, die mit einem transparenten Fenster 18 versehen ist, durch das hindurch das Innere des Prüfteils beim Betrieb der Einrichtung beobachtet werden kann.

In den Fig. 1, 2, 3 und 5 ist der Prüfteil 12 dargestellt. Er hat auf seiner Rückseite eine dicke, vertikale gußeiserne Platte 20, die als Grundplatte dient und einen Trägheitsblock beachtlicher Masse bildet. Die Grundplätte 20 ist mit elastischen Halterungen (nicht dargestellt) an der Lagerkonstruktion des Gehäuses befestigt. Die Stabilität der Halterungen ist so . berechnet, daß sie der Gesamtanordnung der Grundplatte 20 und der daran befestigten Teile eine charakteristische oder

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Resonanzfrequenz der Vibrationen verleiht, die sehr niedrig liegt, insbesondere niedriger als die minimale, bei den Messungen zu erwartende Frequenz. Beispielsweise beträgt diese Frequenz bei einer Drehung des langsameren zu prüfenden Rades mit einer minimalen Drehzahl von 200/min ungefähr 3,3 Hz. Hierbei hat das vorstehend erläuterte System dann eine charakteristische Frequenz von ca. 2 Hz. Zusätzlich ist das Getä use der Einrichtung mit elastischen Füßen aufgestellt, so daß die Vibrationen reduziert werden, die vom Erdboden her übertragen werden könnten.

Die Grundplatte hat mehrere horizontale T-Nuten 22 in ihrer Vorderseite, die in noch zu beschreibender Weise zur Befestigung verschiedener Halteplatten dienen, wobei eine Verstellung in horizontaler Richtung möglich ist. Eine derartige Halteplatte 26 (Fig. 3) trägt einen ersten Spindelmechanismus 28, der im wesentlichen einen hydrostatischen Lagerblock 30 aufweist, in dem eine erste Spindel 32 drehbar ist, die an axialen und radialen hydrostatischen Lagern gelagert ist. Diese werden beim Betrieb über Kanäle im Lagerblock 30 mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit versorgt. Die Kanäle sind mit einer Quelle (nicht dargestellt) für diese Flüssigkeit, beispielsweise Hydraulikflüssigkeit, verbunden. Die verschiedenen Kanäle und Kammern der hydrostatischen Lager sind in Fig. 3 zwar dargestellt, jedoch nicht mit besonderen Bezugszeichen versehen.

Unter der Halteplatte 26 ist an der Grundplatte 20 horizontal verstellbar eine weitere Halteplatte 34 (Fig. 2 und 4) befestigt, die eine Vertikalführung 36 (Fig. 4) trägt. Eine zweite Spindellagerung· 38, die im wesentlichen einen zweiten Lagerblock 40 ähnlich dem Lagerblock 30 der ersten Spindellagerung umfaßt, ist vertikal verschiebbar an der Führung 36 befestigt, wozu Rollenlager 42, beispielsweise INA-Lager vorgesehen sind. Mit dem zweiten Lagerblock 40 ist die Kolbenstange 44 eines

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ersten Linear-Hydraulikantriebs 46 verbunden, der mit vertikaler Achse angeordnet ist und eine vertikale Linearbewegung des zweiten Lagerblocks 40 aufwärts und abwärts innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ermöglicht.

Der Lagerblock 4O ist mit Knälen versehen, die axiale und radiale hydrostatische Lager für eine zweite-Spindel 48 bilden, die drehbar im zweiten Lagerblock 40 mit vertikaler Achse in genauer Ausrichtung auf die erste Spindel 32 angeordnet ist. Die Kanäle, die die Hydraulikflüssigkeit den Kammern der hydrostatischen Lager des Lagerblocks 40 von der bereits beschriebenen Quelle zuführen, sind in Fig. 3 dargestellt, jedoch nicht mit besonderen Bezugszeichen versehen.

Die Enden der ersten und der zweiten Spindel 32 und 48 tragen Halteelemente 50 und 52, die zwischen sich ein zu prüfendes Zahnrad halten. Im vorliegenden Fall ist dieses Zahnrad ein Ritzel P eines Differentialgetriebes für Kraftfahrzeuge, das aus Zähnen auf einer Welle A gebildet ist. Das erste Halteelement 50 hat eine Spitze 54, die beim Betrieb in dem Zentrierloch der Welle A sitzt. Dieses ist eine kleine, konische Aussparung in der Stirnfläche der Welle A, die genau konzentrisch mit der Rotationsachse der Welle A liegt. Diese Zentrierung hält die Welle A,wenn diese bei der Fertigung geschliffen wird. Das zweite Halteelement 52 ist gleichfalls lediglich eine Spitze, die in dem anderen Zentrierloch der Welle A sitzt. Das erste Halteelement 50 umfaßt ferner eine Hülse 56, die an der Spindel 32 befestigt ist und an der wiederum ein Ring 58 sitzt, der eine Innenverzahnung aufweist, die der Zahnung der Welle A entspricht. Der Ring 58 greift somit in die Welle A ein und bewirkt eine gemeinsame Drehung der Welle A und der ersten Spindel 32.

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Die Halterung der Welle A zwischen der ersten Spindel 32 und der zweiten Spindel 48 erfolgt dann, wenn der zweite Lagerblock 40 aufwärts zum ersten Lagerbloek j50 hin bewegt wird, indem Flüssigkeit unter Druck in das untere Ende des Linearantriebs 46 befördert wird.

Die erste Spindel 32 ist mit einem Synchronmotor 60 gekoppelt. Die Drehzahl dieses Motors kann kontinuierlich vorzugsweise zwischen 200 und 4000 U/min geregelt werden, wobei die Drehzahl jeweils eine Stabilität von 5$ hat. Die Regelung der Drehzahl des Motors 60 erfolgt über eine Thyristorsteuerung (nicht dargestellt), die in dem Steuerteil 10 angeordnet ist. Der Motor 60 kann ein konstantes Drehmoment vorzugsweise zwischen' 0,1 und 0,7 kgm erzeugen. Die Welle des Motors 60 ist mit der ersten Spindel 32 über eine Kupplung 62 (Bowlex-Kupplung) gekoppelt, die ein gezahntes Kupplungselement mit konvexen Zähnen in einem Kunstharzteil zwecks Vibrationsdämpfung enthält. Zur Verbesserung der Vibrationsdämpfung sind die Abstände zwischen den Zähnen der Kupplung mit Silikonfett ausgefüllt.

Die erste Spindel 32 ist ferner mit einem Schwungrad 64 verbunden, dessen Aufgabe darin besteht, die Drehbewegung zu vergleichmäßigen, insbesondere die Wirkung der periodischen Unterbrechungen der Stromversorgung des Motors 16 zu eliminieren, die auf die Thyristorsteuerung zurückzuführen sind.

Das zweite Halteelement 52 ist einstückig mit einer Büchse 66 verbunden, die gemäß Fig. 10 zwei Beschleunigungswandler 68 und 70 enthält. Diese Wandler sind mit ihren Hauptempfindlichkeitsrichtungen senkrecht zur Rotationsachse der zweiten Spindel 48 angeordnet, die koaxial mit der Rotationsachse des Rades P auf der Welle A liegt. Die beiden Hauptempfindlichkeitsrichtungen sind SEnkrecht zueinander auf Linien angeordnet, die sich in der Rotationsachse sehneiden. Ferner sind die Massen der

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beiden Wandler 68 und 70 praktisch auf der Rotationsachse angeordnet, deren Position in Fig. 10 mit A bezeichnet ist. Die beiden Wandler 68 und 70 sind vorzugsweise piezoelektrische Quarzwandler des Typs PCB Reihe 500, die jeweils einen Transistorverstärker für die von ihnen abgegebenen Signale enthalten.

Durch die zweite Spindel 48 verläuft ein Kanal 72, durch den elektrische Leitungen für die von den Verstärkern gelieferten Signale sowie zur Stromversorgung der Verstärker geführt sind. Diese Leitungen führen zu einem Schleifring (nicht dargestellt), der in einer Büchse J¹^ am unteren Ende der zweiten Spindel 48 angeordnet ist. Dieser Schleifring kann beispielsweise' vom ' Typ Lebow mod.6l05-4-S/N 329 sein. Die Verstärker innerhalb der Wandler 68 und 70 sind deshalb vorteilhaft, weil sie am Schleifring Signale einer solchen Amplitude liefern, daß Störeinflüsse des Schleifrings selbst vernachlässigt werden können. Die Funktion der Wandler 68 und 70 wird im folgenden noch eingehender beschrieben.

An der Grundplatte 20 ist mit Abstand zu einer Seite der Halteplatten 26 und ~$K eine weitere Halteplatte 76 (Fig. 2 und 5) befestigt, die überdie volle Höhe der Grundplatte 20 verläuft. Die Halteplatte 76 ist an der Grundplatte 20 derart befestigt, daß sie horizontal gegenüber den Halteplatten 26 und ^4 verstellt werden kann. Durch ein System horizontaler Keile (nicht dargestellt) ist an der Halteplatte 76 horizontal verschiebbar eine zweite Halteplatte 78 befestigt, die gleichfalls über die volle Höhe der Grundplatte 20 verläuft. An der Halteplatte 78 ist eine Gewindehülse 80 befestigt, in der eine Translationsschraube 82 geführt ist. Diese ist drehbar, jedoch nicht verschiebbar in einer Hülse 84 gelagert, die an der Grundplatte 20 befestigt ist und ein Vierkantende 86 aufweist, an dem ein Schlüssel angreifen kann. Dieses System

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ermöglicht eine mikrometrische Einstellung der seitlichen Position der Halteplatte 78, wodurch die Abstände zwischen den Mitten der beiden zu prüfenden Räder und somit ihr Grad des gegenseitigen Eingriffs einstellbar ist. Das zweite zu prüfende Rad ist an der Halteplatte 78 gelagert.

Die Halteplatte 78 hat zwei vertikale V-Führungen 88 (Fig. 2, 4 und 6), zwischen denen eine Vertikalführung 92 mit Rollenlagern (IMA -Lager) 90 verschiebbar ist,-und zwar genau entsprechend der Führung 36 an der Halteplatte 34. Die Vertikalführung 92 verläuft über die volle Höhe der Grundplatte 20. Am unteren Teil der Vertikalführung 92 ist eine Halteplatte 9^ vorgesehen, auf der eine dritte Spindellagerung 96 montiert ist, die im wesentlichen einen Lägerblock 98 ähnlich den Lagerblöcken j50 und 40 umfaßt. Der dritte Lagerblock 98 trägt eine dritte Spindel 100 drehbar, die mit radialen und axialen hydrostatischen Lagern gelagert ist. Die Kanäle zur Speisung der Kammern der hydrostatischen Lager mit Hydraulikflüssigkeit sind in Fig. 5 dargestellt, jedoch nicht mit besonderen Bezugszeichen versehen. Sie sind gleichfalls mit der bereits beschriebenen Quelle in nicht dargestellter Weise ähnlich wie die Lager der ersten und der zweiten Spindel 28 · und 48 verbunden.

An dem oberen Teil der Vertikalführung 92 ist eine zweite Parallelführung 102 (Fig. 6) befestigt, die über Rollenlager 104 (INA-Lager) mit einem weiteren Paar von Parallelführungen 106 gekoppelt ist, die wiederum an einer weiteren Halteplatte 108 befestigt sind. Diese (Fig. 2 und 5) trägt eine vierte Spindellagerung 110, die im wesentlichen einen vierten Lagerblock 112 ähnlich dem dritten Lagerblock 98 umfaßt. In dem vierten Lagerblock 112 ist eine vierte Spindel 114 angeordnet, die mit radialen und axialen hydrostatischen Lagern gelagert ist. Die Kanäle für die Speisung dieser Lager mit unter Druck

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stehender Hydraulikflüssigkeit sind in Fig. 5 dargestellt, jedoch nicht mit besonderen Bezugszeichen versehen. Sie sind mit der bereits beschriebenen Quelle verbunden. Die vierte Spindel 114 ist genau auf die dritte Spindel 100 ausgerichtet.

Mit dem vierten Lagerblock 112 ist die Kolbenstange 116 eines zweiten Linear-Hydraulikantriebs 118 verbunden, dessen Aufgabe darin besteht, die vierte Spindellagerung 110 aufwärts und abwärts zu bewegen. Die einander zugewandten Enden der dritten Spindel 100 und der vierten Spindel 114 sind mit Halteelementen 120 und 122 versehen, die zwischen sich ein zu prüfendes Rad halten, welches im dargestellten Falle ein Differentialzahnring C ist. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, ist das Halteelement 120 der dritten Spindel 100 mit einem Flansch 124 versehen, an dem eine Zentrierschale 126 sitzt, die in Fig. 9 deutlicher dargestellt ist. Diese umfaßt eine kreisrunde Anordnung dünner, axial verlaufender Platten 128 genau bemessener Dicke, die auf die Innenfläche des Zahnrings C einwirken. Das Halteelement 122 der vierten Spindel 114 weist einen Flansch 130 auf, an dem eine ringförmige, schmale, axial vorstehende Kante 132 vorgesehen ist, die in dem Ring aus dünnen Platten 128 anzuordnen ist, so daß diese Platten 128 zwischen der Kante 132 und dem Zahnring C verklemmt werden und dieser genau zentriert wird.

Der Flansch 124 des Halteelements 120 hat an seinem Umfang eine kreisrunde Reihe elastischer Stifte 134, von denen einer in Fig. 8 zu erkennen ist. Der Winkelabstand zwischen diesen Stiften 134 ist gegenüber dem Winkelabstand entsprechender Löcher F in dem Zahnring C unterschiedlich, wodurch der Zahnring C auf dem Flansch 124 in unterschiedlichen Winkellagen fixiert werden kann, indem einer der Stifte 134 jeweils in einem anderen Loch F angeordnet wird. Die Verklemmung des Zahnrings C an der dritten und vierten Spindel 100 und 114 erfolgt durch

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Bewegung der vierten Spindellagerung 110 abwärts zur ersten Spindellagerung 96, indem Hydraulikflüssigkeit unter Druck in den Linearantrieb 118 eingeführt wird.

Mit der dritten Spindel 100 ist ein Elektromotor 1J56 verbunden, der gleichartig wie der Motor 60 aufgebaut ist und in derselben Weise gesteuert wird. Beide Motore können die je-, wells zugeordnete Spindel antreiben oder bremsen. Die Steuerschaltungen für die Motore 60 und 136 sind derart ausgebildet, daß xiährend der Bremsung ein Teil der Bremsleistung dem speisenden Netz zugeführt wird, wodurch eine begrenzte Wärmeerzeugung auftritt.

Die Motor/Bremsfunktionen der beiden Motore 60 und I36 können ohne Änderung der Drehrichtung umgekehrt werden, um einander entgegengesetzte Flanken der Zähne der beiden Räder P und C zu prüfen und somit Antriebs- und Überholzustände zu schaffen, die beim Einsatz der Zahnräder in Motorfahrzeugen auftreten. Die Tatsache, daß diese Prüfungen ohne Änderung der Drehrichtung der Motore möglich sind, erweist sich als vorteilhaft bei der Prüfung von Produkten in der Massenherstellung, da Ausfallzeiten für Abbremsung und Beschleunigung der Prüfeinrichtung nicht anfallen.

Auf der Welle des Motors I36 ist ein Schwungrad I38 ähnlich dem Schwungrad 64 des Motors 60 befestigt, das gleichartige Punktion hat. Die Welle des Motors 1J>6 ist ferner mit einer Kupplung verbunden, die gleichartig mit der Kupplung 62 ist. Die Verbindung zwischen der Kupplung l4o und der dritten Spindel 100 erfolgt über ein auswechselbares Element mit einer Drehelastizität vorbestimmten Wertes. Dieses Element besteht vorzugsweise aus einer Welle 142, die einen sorgfältig bemessenen Abschnitt verringerten Querschnitts hat. Die Funktion der Welle 142 oder eines anderen, gleichwertigen Übertragungselements besteht

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darin, die Winkelgeschwindigkeit der beiden zu prüfenden Räder sowie der Spindeln durch Unregelmäßigkeiten oder Fehler der Zähne zu ändern, ohne dabei die Drehzahl ,der Welle des Motors (Bremse) I36 wesentlich zu beeinflussen. Die Drehelastizität der Welle 142 oder eines ähnlichen Übertragungselements wird in der Praxis experimentell abhängig von den Eigenschaften der zu prüfenden Räder ermittelt.

Die dritte Spindel 100 hat eine Büchse 1*44, in der gemäß Pig. Il ein Beschleunigungswandler 146 derselben Art wie die Beschleunigungswandler 68 und 70 angeordnet ist und der gleichfalls einen Verstärker aufweist. Dieser Wandler 146 ist jedoch tangential, d.h. am Umfang eines Kreises angeordnet, der konzentrisch zur Achse Ap der Spindel 100 liegt, deren Position in Fig. 11 gezeigt ist. Dieser Wandler 146 dient zur Feststellung positiver und negativer Winkelbeschleunigungen der Spindel 100 und damit der zu prüfenden Räder, die auf Unregelmäßigkeiten der Zähne zurückzuführen sind. Die dritte Spindel 100 hat einen (nicht dargestellten) Längskanal, durch den hindurch Leitungen zur Speisung des Wandlers 146 und seines Verstärkers geführt sind, die mit einem Schleifring verbunden sind, der in einer Büchse 148 am Ende der dritten Spindel 100 sitzt.

Die Vertikalführung 92 ermöglicht eine vertikale mikrometrische Einstellung der Gesamtanordnung der dritten Spindellagerung 96 und der vierten Spindellagerung 110, um eine axiale Verstellung eines der zu prüfenden Räder gegenüber dem anderen über einen bestimmten Abstand in der Größenordnung weniger Millimeter (beispielsweise 7 mm in einem bestimmten Fall) zu ermöglichen. Dies macht eine Prüfung der beiden Räder über ihre gesamte Zahnabmessung möglich, d.h. in unterschiedlichen axialen Positionen und nicht nur in Positionen genauer Ausrichtung.

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Um die VertikalVerstellungen dieser Anordnung zu ermöglichen, ist mit der Führung 92 ein umsteuerbarer Elektromotor 148 verbunden, dessen Welle 150 mit einer Hülse 152 verbunden ist, die über Stifte 154 verschiebbar, jedoch nicht drehbar mit einer Doppelgewindesehraube I56 verbunden ist. Diese hat einen ersten Gewindeabschnitt, der in einer ersten Innengewindehülse 158 geführt ist. Ferner hat sie einen zweiten Gewindeabschnitt mit etwas anderer Gewindesteigung, der in einer Innengewindehülse Ιβο geführt ist. Die Gewindehülse ΊβΟ ist mit der Vertikalführung 92 verbunden. Das vorstehend beschriebene System ist ein Doppelgewindesystem mit unterschiedlicher Gewindesteigung, mit dem es möglich ist, die Drehung der Welle I50 des Motors 148 in eine mikroxnetrische Bewegung der Vertikalführung 92 und damit der Gesamtanordnung der dritten und der vierten Spindellagerung 96 und 110 umzusetzen.

In Fig. 12 sind die beiden Beschleunigungswandler 68 und 70 in zueinander rechtwinkliger Anordnung dargestellt, wie sie in der Büchse 74 der zweiten Spindel 48 sitzen. Sie sind über ihre Verstärker 68a und 70a mit den genannten Schleifringen 68b und 70b verbunden. Überdiese Schleifringe erfolgt eine Verbindung mit Quadrierschaltungen 68c und 70c. Die daraus erhaltenen Signale werden dann in einer Summmierschaltung 172 summiert, und das Summensignal wird einem Vibrationsanalysator 174 zugeführt. Dieser ist vorzugsweise ein Fourier-Analysator. Er ermöglicht eine Aussonderung verschiedener Komponenten des ihm zugeführten Summensignals sowie ihre separate Zuführung an das Oszilloskop 14.

Zusätzlich kann das Oszilloskop 14 Signale des Tangential- oder Umfangsbeschleunigungswandlers 146 über einen entsprechenden Verstärker l46a und einen Schleifring 146b aufnehmen.

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Zusätzlich zu dem Oszilloskop 14 oder an seiner Stelle kann auch ein Aufzeichnungsgerät vorgesehen sein. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß die vierte Spindel 114 auch zwei senkrecht zueinander stehende Beschleunigungswandler ähnlich den Wandlern 68 und 70 aufweisen kann. Somit könnte auch die zweite Spindel 48 einen Tangentialwandler ähnlich dem bereits beschriebenen der vierten Spindel aufweisen.

Alle Beschleunigungswandler sind nahe dem jeweiligen zu prüfenden Rad auf einem Teil der Drehhalterung angeordnet, der nicht ein Teil des Leistungsübertragungssystems ist, über das der Antrieb vom Motor (Bremse) 60 zur Bremse (Motor) lj?6 oder umgekehrt erfolgt. Durch diese Anordnung entsprechen die Signale der Beschleunigungswandler nur den Radfehlern, ohne daß eine Schwächung der den Antrieb übertragenden Teile erforderlich ist und Störvibrationen erzeugt werden.

Die beiden senkrecht zueinander angeordneten Beschleunigungswandler 68 und 70 dienen zur Aufnahme der positiven und negativen Radialbeschleunigungen des jeweils zugeordneten Rades, wobei infolge von Fehlern der Zähne Änderungen der Kräfte erzeugt werden, die zwischen den in Eingriff stehenden Rädern auftreten. Jeder Beschleunigungsmesser "erkennt" also die Komponente des längs der Drucklinie zwischen den Zähnen übertragenen Kraftvektors, die parallel zur Achse des Wandlers liegt, als einen Rotationsvektor.

Da die Signale der Beschleunigungswandler zunächst quadriert und dann addiert werden, empfängt der Analysator 172 ein Signal, das von der durch die Drehzahl des jeweils geprüften Rades verursachten Frequenz unabhängig ist.

Der "tangentiale" Beschleunigungswandler 146 macht die Anzeige oder Aufzeichnung eines weiteren Kriteriums zur Auswertung der

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Qualität der Zahnräder möglich, d.h. die positiven und negativen Winkelbeschleunigungen, die von den Zahnfehlern abhängen und gleichfalls eine Geräuschursache darstellen.

Die Einrichtung nach der Erfindung hat weitere Vorteile in erster Linie durch die vertikale Anordnung der Drehachsen der zu prüfenden Räder. Diese vertikale Anordnung erleichtert die Montage und Demontage der zu prüfenden' Räder wesentlich, was besonders bei der Prüfung großer Zahlen gleichartiger Räder vorteilhaft ist. Ein weiterer Vorteil der Vertikalanordnung besteht darin, daß die Einrichtung eine nur geringe Bodenfläche benötigt, da sie höher als breit ist.

Hinsichtlich der Punktion der Einrichtung bietet die VertikalanordnuEgden weiteren Vorteil, daß die Beschleunigungswandler nicht durch die Schwerkraft beeinflußt werden, die Signale mit einer Komponente proportional - g einführen könnte, wobei eine charakteristische Frequenz aufträte, die der Drehzahl entsprechen würde.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß es möglieh ist, die Einrichtung zur Prüfung von Kegelzahlrädern zu verwenden. In diesem Fall ist es unmöglich, beide Achsen vertikal anzuordnen. Es ist dann erforderlich, die Achse des einen Zahnrads, vorzugsweise des antreibenden Zahnrads, vertikal anzuordnen und die Beschleunigungswandler auf einer Spindel mit vertikaler Achse zu befestigen.

Weitere Faktoren, die zur Beseitigung von Störkomponenten der Signale beitragen, sind die hydrostatischen Lagerungen der Spindeln und die Tatsache, daß diese genau koaxial aufeinander und auf die Motor-Bremsanordnungen ausgerichtet sind, wodurch separate Elemente zur Übertragung der Bewegungen zwischen ihnen überflüssig sind. Dazu gehören auch die Positionen der

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Schwungräder 64 und I38 und die beachtliche Trägheitsmasse der Grundplatte 20. Alle diese Paktoren ermöglichen eine Verringerung des Störpegels in den Wandlersignalen, der dann so niedrig ist, daß er die Störschwelle der zur Messung der-Vibration vorgesehenen Instrumente nicat erreicht.

Im Zusammenhang mit den hydrostatischen Lagerungen ist es vorteilhaft, wenn die Quelle für die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die die Kammern für die hydrostatischen Lager speist, schallgeschützt ist und wenn die Plüssigkeitsimpulse die Kammern phasengleich erreichen, da auf diese Welse ihre Wirkung auf die Spindeln kompensiert wird.

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Claims

Patentansprüche

Iy Einrichtung zur dynamischen Prüfung"zweier ineinandergreifender Zahnräder, von denen eines ein Antriebszahnrad ist, mit einer ersten und einer zweiten Drehlagerung für die beiden Zahnräder, einem Antriebsmotor für die eine Drehlagerung, einer Bremsvorrichtung für die andere. Drehlagerung, einem mit einer oder beiden Drehlagerungen verbundenen Beschleunigungsmesser zur Peststellung von Vibrationen mindestens eines Zahnrads und Erzeugung entsprechender elektrischer Signale, einer Signalauswertevorrichtung und einer damit verbundenen Sichtanzeige- und/oder Aufzeichnungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsmesser zwei Beschleunigungswandler (68,· 70) aufweist, die gemeinsam mit einem der Zahnräder (P, C) auf einem Teil (32; 114) der Drehlagerungen (28, 38; 96, 110) drehbar sind, der nicht durch Kräfte des Antriebsmotors (6θ) beaufschlagt ist, die über die Drehlagerungen(28, 38; 96, 110) und die Zahnräder (P, C) auf die Bremsvorrichtung (136) übertragen werden, daß die Beschleunigungswandler (68, 70) mit ihren Hauptempfindlichkeitsrichtungen senkrecht zueinander und zur Drehachse (A,) des genannten Teils (32; 114) der Drehlagerungen (28, 38; 96, 110) angeordnet sind, wobei sich ihre •Hauptempfindlichkeitsrichtungen auf dieser Drehachse (A₁) schneiden und ihre Massen auf dieser Drehachse (A,) liegen, und daß die Signalauswertevorrichtung (68c, 70c, 172, 17²O über Schleifringe (68b, 70c) mit den Besohleunigungswandlern (68, 70) verbunden ist und Vorrichtungen (68c, 70c) zur Quadrierung und anschließenden Summierung der Wandlersignale enthält.

ORiGlNAL INSPECTED

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Summiervorrichtung (172) und der Sichtanzeige- und/oder Aufzeichnungsvorrichtung (14) ein Analysator (174) für die summierten Signale vorgesehen ist.

3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Teil der ersten und/oder der zweiten Drehlagerung (100, 114) ein weiterer Beschleunigungswandler (146) mit seiner Hauptempfindlichkeitsrichtung in Umfangsrichtung eines Kreises angeordnet ist, der in einer Ebene normal zur Drehachse (Ap) der zugeordneten Drehlagerung (100, 114) liegt, und daß dieser Beschleunigungswandler (146) über einen Schleifring (l46b) elektrisch mit der Sichtanzeige- und/oder Aufzeichnungsvorrichtung (14) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Beschleunigungswandler (68, 70, 146) mit einem ihm zugeordneten elektronischen Verstärker (68a, 70a, 146a) verbunden ist, der auf der jeweiligen Drehlagerung (114) befestigt und mit dem jeweils zugeordneten Schleifring (68b, 70b, 146b) elektrisch verbunden ist.

5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehlagerung eine erste und zweite Spindellagerung (28, 38) für eine erste bzw. zweite Drehspindel (32, 48) aufweist, die aufeinander längs einer ersten Achse (A,) ausgerichtet sind, daß jede Drehspindel (32, 48) an ihrem der jeweils anderen Drehspindel (48, 32) zugewandten Ende mit einem Halteelement (50, 52) zur Haltung eines zu prüfenden Zahnrads (P) in der Drehlagerung (28, 38) versehen ist, daß die erste Drehspindel (32) in axialer Richtung relativ zur ersten Spindellagerung (28) fest angeordnet und mit dem Antriebsmotor (60) verbunden ist, daß die zweite Drehspindel (48) in axialer Richtung

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relativ zur ersten Spindellagerung (28) beweglich und mit einer ersten Bewegungsvorrichtung (46) verbunden ist, mit der sie zwischen einer ersten Stellung nahe der ersten Drehspindel (32) zur Prüfung eines Zahnrads (P) und einer zwei-, ten Stellung mit Abstand zur ersten Drehspindel (32) zur Eingabe bzw. Entfernung des zu prüfenden Zahnrads (P) bewegbar ist, daß die zweite Drehlagerung..eine dritte und ' eine vierte Spindellagerung (96, 110) für eine dritte und eine vierte Drehspindel (100, 114) aufweist, die auf einer zweiten Achse (A_g) parallel zur ersten Achse (A^) aufeinander ausgerichtet sind und an ihren einander zugewandten Enden jeweils mit einem Halteelement (120, 122) zur Haltung des anderen zu prüfenden Zahnrads (C) versehen sind, daß die dritte Drehspindel (lOO) in axialer Richtung relativ zur dritten Spindellagerung (96) fest angeordnet und mit der Bremsvorrichtung (I36) verbunden ist, daß die vierte Drehspindel (114) in axialer Richtung relativ zur dritten Spindellagerung (96) bewegbar und mit einer zweiten Bewegungsvorrichtung (II8) verbunden ist, mit der sie zwischen einer ersten Stellung nahe der dritten Drehspindel (100) zur Prüfung des zweiten Zahnrads (C) und einer zweiten Stellung mit Abstand zur dritten Drehspindel (100) zur Eingabe und Entfernung des zu prüfenden zweiten Zahnrads (C) bewegbar ist, und daß die beiden Beschleunigungswandler (68, 70) an der zweiten Drehspindel (48) und/oder an der vierten Drehspindel (114) nahe dem jeweiligen Halteelement (52, 122) gehalten sind.

Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Drehlagerung (28, 38; 96, 110) mit einem verschiebbaren Halteelement (78) senkrecht zur gemeinsamen Achse (A₂) ihrer Drehspindeln (100, 114) bewegbar ist, daß mit dem Halteelement (7.8) Vorrichtungen (82) zur Linearbewegung der Drehlagerung und mikrometrischen

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Einstellung des Abstandes zwischen den Achsen der beiden Drehspindelpaare (j52, 48; 100, 114) verbunden sind, wodurch der Grad des Eingriffs der beiden zu prüfenden Zahnräder (P, C) einstellbar ist.

7· Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewegungsvorrichtungen Linear-Hydraulikantriebe (16, 118) vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 1> dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6o) und die Bremsvorrichtung (1^6) elektrische Maschinen sind, deren Wellen auf die zugeordneten .Drehspindeln (32, 100) ausgerichtet sind und die mit deren dem jeweiligen Halteelement (50, 120) abgewandten Ende verbunden sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Drehspindel (100) mit der Bremsvorrichtung (I36) über ein auswechselbares Übertragungselement (14-2) verbundevi ist, dessen Drehelastizität einen vorbestimmten Wert hat.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement eine Welle (142) mit einem geeichten Abschnitt verringerten Querschnitts ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 biS'10, dadurch gekennzeichnet, daß' mindestens eine Drehlagerung (96, 110) auf einem verschiebbaren Halteelement (92) angeordnet ist, das parallel zur gemeinsamen Achse (Ap) der zugeordneten Drehspindeln (100, 114) bewegbar ist, und daß eine Vorrichtung zur axialen Verstellung des Halteelements (92) vorgesehen ist, mit der eine mikrometrische Einstellung der relativen axialen Position der einen Drehlagerung (96, 110)

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gegenüber der anderen und damit der beiden zu prüfenden Zahnräder (P, C) zueinander möglich ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur axialen Verstellung des Halteelements (92) einen umsteuerbaren Elektromotor (148) aufweist, dessen Welle (150) mit dem Halteelement (92) über eine Gewindeanordnung (I56) mit zwei mit axialem Abstand zueinander vorgesehenen Gewindeabschnitten unterschiedlicher Steigung gekoppelt ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die -elektrischen Maschinen (60, I36) hinsichtlich ihrer Drehzahl kontinuierlich derart steuerbar sind, daß eine als Motor und die andere als Bremse und umgekehrt arbeitet, ohne daß die jeweilige Drehrichtung geändert wird.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13* dadurch gekennzeichnet, daß die Achse mindestens eines Drehspindelpäares (32, 48; 100, 114) vertikal angeordnet ist.

15· Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander parallelen Achsen (A,, A_p) der Drehspindelpaare (32, 48j 100, 114) vertikal angeordnet sind.

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