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Meßgerät zum Prüfen des Zahnflankenprofils
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und ggf. der Zahnscräge Die Erfindung betrifft ein transportables
Meßgerät zum Prüfen des Zahnflankenprofils und ggf. der Zahnschräge mittels eines
in die Zahnlücken des zu prüfenden Zahnrades einfahrbaren Meßtasters, wohei das
Meßgerät hinsichtlich eines ihm zugeordneten, ebenen Kcordinatensystems durch an
ihm angebrachte Bezugsflachen senkrecht zur Zahnradachse auszurichten und in eine
definierte Bezugsposition zu bringen ist.
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Derartige transportable Meßgeräte werden vor allem bei der Prüfung
von Zahnrädern mit großen Durchmessern verwendet, damit die Zahnräder direkt in
der Verzahnungsmaschine geprüft werden können und das zeitraubende Umspannen auf
das Prüfgerät entfällt. Außerdem haben transportable Prüfgeräte den Vorteil, daß
die Zahnräder vor Ort geprüft werden können, wenn sie also beispielsweise in eine
Maschine eingebaut sind.
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Das Hauptproblem bei der Verwendung solcher transportabler Meßgeräte
besteht darin, daß das Gerät in eine definierte Bezugsposition zu dem zu prüfenden
Zahnrad gebracht werden muß. Denn nur dann, wenn die Geräteposi tion relativ zum
Zahnrad exakt bekannt ist, kann das Abtasten der ZanmLfl2SRen Aufschluß über eventuelle
Verzahnungsfehler und deren Ausmaß geben.
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Der Stand der Technik enthält bereits verschiedene Vorschläge, um
das Prüfgerät hinsichtlich des zu prüfenden Zahnrades auszurichten und seine Position
zu erfassen.
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Durch die DE-OS 29 52 497 ist ein transportables Meßgerät mit den
eingangs genannten Merkmalen bekannt. Bei ihm dienen die beiden Bezugsflächen zum
Befestigen zweier separater Neigungsmeßgeräte, deren Signale mit denen zweier fest
eingebauter Neigungsmeßgeräte abgeglichen werden. Sodann werden die beweglichen
Neigungsmeßgeräte an die Welle des zu prüfenden Zahnrades angelegt, dmit durch Signalvergleich
die Neigung des Meßgerätes un die der Zahnradachse angeglichen werden kann. Ist
dieser Vorgang beendet, so steht das dem Meßgerät zugeordnete ebene Koordinatensystem,
also die X- und die Y-achse, genau senkrecht zur Zahnradachse. Es ist auf diese
Weise Jedoch nicht möglich, das Meßgerät innerhalb der X-Y-Ebene so auszurichten,
daß die senkrecht zur Tangentialebene des Zahnrades laufende Koordinatenachse die
Zahnradachse schneidet. Vielmehr läuft im Normalfall diese Koordinatenachse mehr
oder weniger weit neben der Zahnradachse vorbei.
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Um nun einen definierten Bezug zwischen dem in der X-Y-Ebene ausgerichteten
Meßgerät und der Zahnradachse herbei
zuführen, ist es bei dem bekannten
Gerät notwendig, das Zahnrad unter Mitnahme eines in eine Zahnlücke eingefahrenen
Orientierungsfühlers des Meßgerätes zu verdrehen, und zwar derart, daß der Orientierungsfühler
zunächst zum Prüfgerät hin verschoben wird, bis aie inn enthaPtende Zahnlücke ihren
Kulminationspunkt relativ zum Prüfgerät erreicht hat, worauf sich der Orientierungsfühler
wieder vom Meßgerät entfernt. Die r Unil Umkehrpunkt wird gemessen und hieraus läßt
sich der Versatz der senkrecht zur Tangentialebene laufenden Koordinatenachse relativ
zur Zahnradachse errechnen. Man erhalt somit die gesuchte Zuordnung der Zahnradachse
relativ zu dem Koordinatensystem des Meßgerätes. Oder mit anderen ;orten befindet
sich das Meßgerät in einer definierten Bezugsposition relativ zu einem von der Zahlnradachse
ausgehenden Koordinatensystem Während es relativ genau möglich ist, das Meßgerät
zu nivellieren, also hinsichtlich seines Koordinatensystems senkrecht zur Zahnradachse
auszurichten, ist der zweite Ausrichtvorgang, innerhalb der X-Y-Ebene, der m bet
ten Fall durch die Positioname-sung des Kulminationspunktes erfolgt, problematisch.
Denn bei großen Zahnrädern, fi.r welche ein transportables Meßgerät vorwiegen@ rwendet
wird, ergibt sich der Kulminationspunkt durch einen schleifenden Schnitt des Zahnradumfanges
init seiner nur Tangentialebene. Beispielsweise muß ein Zahnradvon 2 @ Durchmesser
um etwa 3 mm am Umfang verdreht werden, ehe sich eine Höhenänderung um 1 µ bemerkbar
naht. Der Kulminationspunkt ist deshalb bei großen Zahnrädern nur ungenau bestimmbar
und im bekannten Fall werden
zwei Messungen beidseits des Kulminationspunktes
durchgeführt, um hieraus durch Mittelwertbildung dessen Koordinaten genauer bestimmen
zu können.
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Bei der DE-OS 29 34 347 erfolgt das Ausrichten des Meßgerätes durch
zwei parallel zueinander angeordnete Auflager, die gleichzeitig in zwei Lücken des
zu prüfenden Zahnrades eingeschoben werden. Diese Ausrichtung wird jedoch von den
Eigenfehlern der Verzahnung beeinflußt, weil die Eintauchtiefe der Auflager von
der Zahnlückenweite abhängt. Eigenfehler in den die Auflager des Meßgerätes tragenden
Zahnlücken führen deshalb unmittelbar zu einer Verzalschung der Prüfgeräte-Position.
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hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein transportables Meßgerät der einzwangs beschriebenen Gattung dahingehend zu verbessern,
daß es einfacher und genauer relativ zu dem zu prüfenden Zahnrad ausgerichtet werden
kann. Vor allem geht es dabei um das nach dem Nivellieren des Meßgerätes noch notlfendigre
Ausrichten innerhalb der Z-Y-Ebene,derart, daß die auf das Zahnrad zulaufende Koordinatenachse
eines dem Meßgerät zugeordneten Koordinatensystems die Zahnradachse schneidet.
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Diese AuSgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bezugsflächen
durch die Umfangsflächen eines Paares von achsparallelen Paß zylindern gebildet
sind und daß diese Paßzylinder beidseits und äquidistant zu der relativ zum Zahnrad
radial auszurichtenden Koordinatenachse angeordnet sind.
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Hierdurch ergibt sich die einfache Möglichkeit, das Meßgerät nach
dem in herkömmlicher Weise durchgeführten Nivellieren dadurch innerhalb der X-Y-Ebene
auszurichten, daß an dem zu prüfenden Zahnrad eine Meßuhr befestigt wird, die beim
Drehen des Zahnrades mit ihrem Meßfühler die Paßzylinder unter Berührung passiert.
Das Meßgerät wird dann verschoben, bis die Meßuhr an den beiden Paßzylindern den
gleichen Wert anzeigt. Dann ist sichergestellt, daß eine gedachte Mittelebene, die
senkrecht auf der Verbindungsebene der beiden Paßzylinder steht, durch die Achse
des zu prüfenden Zahnrades hindurchläuft, d. h., daß die radial auszurichtende Koordinatenachse
des Meßgerätes die Zahnradachse schneidet.
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Diese Messung ist einfacher und genauer als die bekannte Bestimmung
des Kulminationspunktes, der sich längs eines schleifenden Schnittes einstellt.
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Die Paßzylinder weisen zweckmäßig einen relativ geringen Durchmesser
von kleiner als 1 cm auf, so daß sich ein ausgeprägtes Meßsignal ergibt. Zusätzlich
wird die Genauigkeit noch dadurch erhöht, daß die beiden Paßzyl4nder relativ weit
voneinander entfernt, zweckmäßig nahe den beiden Außenkanten des Meßgerätes, angeordnet
werden.
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Um die nach dem Nivellieren noch notwendige Verschiebung des Meßgerätes,
so daß die Meßuhr an beiden Paßzylindern den gleichen Wert anzeigt, zu erleichtern,
kann es zusammen mit den Paß zylindern mittels eines Tangentialschlittens relativ
zu seinem die Standfüßte tragenden Untersatz verstellbar sein. Dadurch bleibt der
Untersatz mit den Standfüßen ortsfest. Es braucht also auch bei größeren Verschiebungen
des Meßgerätes nicht nachnivelliert zu werden.
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Eine besonders günstige Weiterbildung der Erfindung besteht darin,
daß das Meßgerät zusammen mit den Paßzylindern schwenkbar an seinem die Standfüße
tragenden Untersatz gelagert ist und daß die Schwenkachse mit der Achse des einen
Paß zylinders fluchtet. Dadurch entfällt nicht nur das Nachnivellieren, sondern
es bleibt auch die Position des als Schwenkachse fungierenden Paßzylinders unabhängig
von der Schwenkbewegung des Meßgerätes ortsfest, so daß nur die Position des anderen
Paßzylinders justiert werden muß. Meßtechnisch ist dies wesentlich einfacher, als
wenn bei einer Verlagerung des Meßgerätes beide Paßzylinder ihre Position ändern
und neu vermessen werden müssen, um zu der erwünschten Äquidistanz zur Zahnradachse
zu kommen.
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Dabei ist es konstruktiv besonders günstig, wenn der eine Paßzylinder
selbst als Schwenkachse fungiert. Er braucht hierfür lediglich etwas länger ausgebildet
zu sein als der andere Paß zylinder.
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Damit die Führungen für die Einfahrbewegung des Meßtasters in die
Zahnlücken des zu prüfenden Zahnrades relativ kurz gehalten werden können, kann
es bei besonderen Anwendungsfällen zweckmäßig sein, daß der den Meßtaster tragende
Bauteil mittels eines Radialschlittens relativ zu den beiden Paß zylindern verfahrbar
ist.
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Bildet man das Meßgerät als separates, von dem die Standfüße tragenden
Untersatz leicht abnehmbares Teil aus, so ergibt sich der weitere Vorteil, daß man
den Untersatz nach dem Messen stehenlassen kann und kein neuer Nivelliervorgang
mehr erforderlich ist, wenn man das Zahnrad nach der Weiterbearbeitung nochmals
prüfen will.
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Handelt es sich dabei um ein Meßgerät, das zum Ausrichten innerhalb
der X-Y-Ebene eine Schwenkbewegung durchführt, so empfiehlt es sich, die schwenkbare
Lagerung mittels einer am Paß stift angelenkten Zwischenscheibe auszuführen, die
an ihrer Oberseite Führungen aufweist, in welche das Meßgerät ggf. zusammen mit
seinem Radialschlitten einsetzbar ist. Dadurch entfällt beim erneuten Aufsetzen
des Meßgerätes nicht nur der Nivelliervorgang, sondern auch die Ausrichtung innerhalb
der X-Y-Ebene, da die Führungen der am Untersatz verbleibenden Zwischenscheibe ein
winkelgetreues Einsetzen des Meßgerätes sicherstellen.
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Da das Ausrichten des Meßgerätes innerhalb der X-Y-Ebene mit Hilfe
einer Meßuhr erfolgt, ist es arbeitstechnisch besonders günstig, wenn man diese
Meßuhr zugleich auch zum Nivellieren des Meßgerätes verwenden kann. Hierzu weist
es zweckmäßig an der Oberseite eine parallel zu seinem Koordinatensystem verlaufende,
ebene Bezugsfläche auf. Diese Bezugsfläche ist so angeordnet, daß sie von der vom
Zahnrad mitgenommenen Meßuhr sowohl in Längsrichtung wie auch in Querrichtung über
fahren werden kann. Das Meßgerät kann dadurch senkrecht zur Zahnradachse eingestellt,
also nivelliert werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung; dabei
zeigt: Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Meßgerätes für das Zahnflankenprofil
und Fig. 2 eine Draufsicht auf das Meßgerät gemäß Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt, daß das Meßgerät einen Untersatz 1 aufweist, der über
drei höhenverstellbare Standfüße 2, 3 und 4 auf einem Tisch 5 od. dgl. steht.
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Auf dem Untersatz 1 ist durch eine Gleitführung oder eine nicht dargestellte
Kugelplatte eine Zwischenscheibe 6 verschwenkbar gelagert. Ihre Schwenkachse wird
durch einen vertikalen Paßzylinder 7 gebildet, dessen Basis in der vorderen Ecke
des Untersatzes 1 fixiert ist, dessen Mittelstück eine vorstehende Nase 6a der Zwischenscheibe
6 durchquert und dessen freies oberes Ende als Bezugsfläche für das weiter unten
beschriebene Ausrichten des Meßgerätes dient.
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Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich an der gegenüberliegenden Seite der
Zwischenscheibe 6 ein ähnlicher Paßstift 8. Der Paßstift 8 ist jedoch in der Zwischenscheibe
6 fixiert und kann mit dieser relativ zum Untersatz 1 verschwenkt werden. Durch
nicht näher dargestellte Haltemittel kann die Zwischenscheibe 6 in einer bestimmten
Schwenklage gegenüber ihrem Untersatz 1 festgelegt werden.
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Oberhalb der Zwischenscheibe 6 befindet sich ein Radialschlitten 9,
der relativ zur Zwischenscheibe 6 in Y-Richtung verschiebbar geführt ist. Dadurch
kann der von ihm getragene Meßaufsatz 10 nach dem Ausrichten der Zwischenscheibe
6 in die für den Meßvorgang günstigste Radialposition verfahren werden.
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Im Ausführungsbeispiel ist der Meßaufsatz 10 vom Radialschlitten 9
abnehmbar. Durch nicht näher dargestellte
Anschläge oder Führungsflächen
ist sichergestellt, daß er immer nur in der alten Position, zumindest aber in einer
winkelgetAuen Position wieder auf den Radialschlitten 9 aufgesetzt werden kann.
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Der untere Teil des Meßaufsatzes 10 ist als Bett 11 ausgebildet, auf
dem ein Schwenkarm 12 horizontal verschwenkbar gelagert ist. Seine Lagerung erfolgt
über einen senkrechten Lagerzapfen 13, der im Bet 11 geführt ist. Zusätzlich ruht
der Schwenkarm 12 auf zwei horizontalen Gleitflächen 11a und 11b des Bettes 11,
wobei die vordere Gleitfläche 11a vor allem die Aufgabe hat, jegliche Durchbiegung
des Schwenkarmes 12 zu verhindern.
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Der Schwenkarm 12 hat einen U-förmigen, nach oben offenen Querschnitt
und enthält in seinem Inneren einen durch Kugelrollführungen od. dgl. in Längsrichtung
verschiebbaren Orientierungsiühler 14. Dieser Orientierungsfühler 14 kann somit
sowohl horizontal verschwenkt als auch in seiner Länge verstellt werden. Durch inkrementale
Meßeinrichtungen 15 und 16 für die Winkelposition bzw.
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für die Längenposition des Orientierungsfühlers 14 ist dessen jeweilige
Position relativ zu dem X-Y-Koordinatensystem genau abzulesen.
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Oberhalb des Bettes 11 befindet sich eine den Schwenkbereich des Orientierungsfühlers
14 und seines Schwenkarmes 12 überspannende Brücke 17. Diese Brücken die zusätzlich
auch zur Führung des Schwenkarmes 12 und des Orientierungsfühlers 14 herangezogen
werden kann, trägt an ihrer Oberseite einen Kreuzschlitten für den Meßtaster 18.
Der Kreuzschlitten besteht aus einem auf der
Brücke 17 senkrechttlattebene, also in X-Richtung, verfahrbaren
Schlitten
19, der seinerseits einen in Blattebene, also in Y-Richtung, verfahrbaren Schlitten
2Q mit dem Meßtaster 18 trägt. Das Verfahren des Meßtasters 18 längs den Zahnflanken
des zu prüfenden Zahnrades und die Ermittlung der Flankenfehler erfolgen in~an sich
bekannter Weise.
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An der Meßgerätoberseite befindet sich eine ebene Referenzfläche 21,
die parallel zur X-Y-Ebene des Gerätes liegt und über die höhenverstellbaren Standfüße
so nivelliert wird, daß sie senkrecht zur Achse des zu prüfenden Zahnrades steht.
Dieser Nivelliervorgang ist durch die Meßuhr 22 angedeutet, die am Zahnrad befestigt
wird und bei dessen Drehung über die Referenzfläche 21 gleitet. Selbstverständlich
kann die beschriebene Nivellierung, die auch bei den anderen Meßgeräten dieser Gattung
notwendig ist, auch auf andere Weise durchgeführt werden.
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Wesentlich ist nun, daß das Meßgerät so gegenüber dem zu messenden
Zahnrad ausgerichtet werden kann, daß seine Y-Achse die Achse des zu prüfenden Zahnrades
schneidet.
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Hierzu dienen die beiden Paßzylinder 7 und 8, die äquidistant zur
X-Achse des Meßgerätes angeordnet sind und deren Zylinderachsen senkrecht zur X-Y-Ebene
laufen.
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Sie erlauben in Verbindung mit einer am Zahnrad befestigten Meßuhr
23 die gewünschte Ausrichtung innerhalb der X-Y-Ebene.
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Wie in Fig. 2 angedeutet, führt die Meßuhr 23 bei Verdrehung des zu
prüfenden Zahnrades eine kreisförmige Bewegung durch, in deren Verlauf sie die beiden
PaBzylinder 7 und 8 passiert. Dabei zeigt die Meßuhr jeweils
den
Abstand der Paßzylinder von einem beliebigen Kreisbogen um den Zahnradmittelpunkt
an. Ist dieses Abstandsmaß an beiden Paß zyl indern gleich, was durch entsprechende
Verschwenkung des Meßaufsatzes mittels der Zwischenscheibe 6 leicht herbeizuführen
ist, so ist gewährleistet, daß die Y-Achse des Meßgerätes die Zahnradachse schneidet.
Der Ausrichtvorgang ist dann beendet.
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Es ist lediglich noch in an sich bekannter Weise der radiale Abstand
zwischen dem Koordinatensystem des Meßgerätes und der Zahnradachse zu ermitteln.
Hierzu darf im einzelnen auf die Patentanmeldung P 31 25 693 verwiesen werden. Dabei
entfällt wegen der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Ausrichtung des Meßgerätes
mittels der beiden Paßzylinder die Ermittlung der Abszisse XT und die Ermittlung
des Winkels Epsilon; diese beiden Werte sind aufgrund der Ausrichtung des Meßgerätes
jeweils null. Der Rechner kann sich also auf die Bestimmung von Yt beschränken.
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Sodann erfolgt in der üblichen Weise die Messung des Zahnflankenprofils
und - sofern das Gerät dafür vorgesehen ist - der Zahnschräge. Auch insoweit darf
auf die Patentanmeldung P 31 25 693 Bezug genommen werden.
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Es ist selbstverständlich, daß die beschriebene Ausrichtung des Meßgerätes
mittels der beiden Paß zyl inder 7 und 8 auch für solche Geräte geeignet ist, die
ohne Orientierungsfühler arbeiten, bei denen also die Bestimmung des radialen Abstandes
auf andere Weise erfolgt, nämlich beispielsweise über die beiden Paßzylinder.
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