DE3150773A1 - Pruefgeraet zum pruefen der verzahnungsgeometrie - Google Patents

Pruefgeraet zum pruefen der verzahnungsgeometrie

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DE3150773A1
DE3150773A1 DE19813150773 DE3150773A DE3150773A1 DE 3150773 A1 DE3150773 A1 DE 3150773A1 DE 19813150773 DE19813150773 DE 19813150773 DE 3150773 A DE3150773 A DE 3150773A DE 3150773 A1 DE3150773 A1 DE 3150773A1
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DE19813150773
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Karl-Heinz Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Hirschmann
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HIRSCHMANN KARL HEINZ DR ING
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HIRSCHMANN KARL HEINZ DR ING
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    • GPHYSICS
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Description

  • Prüfgerät zum Prüfen der Verzahnungsgeometrie
  • Die Erfindung betrifft ein Prüfgerät zum Prüfen der Verzahnungsgeometrie von Evolventenverzahnungen, insbesondere an gerad- und schrägverzahnten Stirnrädern.
  • Das Prüfgerät läßt sich vorteilhaft für die Prüfung mittlerer und großer Zahnräder einsetzen. Dabei muß das Prüfgerät nicht mit der Achse des Prüfrades in Verbindung gebracht werden, bzw. hat selbst keine Achse zur Aufnahme des Prüfrades.
  • Die bekannten Prüfgeräte arbeiten meist mit der Zahnachse als Bezugsachse. Es ist jedoch auch ein Prüfgerät bekannt, Europäische Patentanmeldung EP 0 019 075 A 1, das am Umfang eines Zahnrades angelegt wird und dann eine Profilprüfung durchführt. Zum Ausrichten dieses Gerätes werden Auflagen in die Zahnlücke eingesetzt, die jeweils an der rechten und linken Zahnflanke zur Anlage kommen. Nach dem Ausrichten wird dann ein zwischen den Auflagen liegendes Zahnprofil durch einen Meßtaster abgetastet, dessen Position in einem ebenen Koordinatensystem durch zwei elektronisch ablesbare Inkrementalmaßstäbe ermittelt wird. Die gemessenen Koordinaten werden mit den theoretischen Sollwerten verglichen. Die Lage des Meßkoordinatensystems des Prüfgerätes zum Koordinatensystem im Prüfradmittelpunkt wird aus dem Abstandsmaß zwischen den beiden Auflagen ermittelt. Die Lage der Koordinatenachse des Prüfgerätes, die durch den Radmittelpunkt geht,wird durch Halbieren des Abstandes zwischen den Auflagen, der Abstand der hierzu senkrechten Koordinatenachse zum Radmittelpunkt durch eine trigonometrische Beziehung gefunden, die ebenfalls das Abstandsmaß enthält. Werden jedoch die Auflagen in fehlerhafte Zahnlücken eingebracht, so treten hierbei für die Profilprüfung nachteilige Fehler auf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät zum Prüfen der Verzahnungsgeometrie zu entwickeln, das die oben genannten Nachteile vermeidet und neben der Profilprüfung auch eine Prüfung der Flanken linie und der Teilung ermöglicht. Das Ausrichten und die Lagebestimmung des Prüfgerätes sollen verbessert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Gegensatz zum beschriebenen, bekannten Prüfgerät, das Ausrichten des Prüfgerätes durch zwei auf eine Pi;tiriing verschiebbare Tastschlitten erfolgt, die teils eine zur Verschiebungsrichtung senkrechte Tastfläche haben, die tangential an jeweils einer rechten und linken Zahnflanke zur Anlage gebracht werden. Die zwischen den beiden Tastflächen liegende Zahl von Zähnen ist dabei so zu wählen, daß die tangentiale Anlage gewährleistet ist. Eine entsprechende Zähnezahl läßt sich immer, auch analytisch ermitteln. Die Normale auf den Tastflächen in jedem Punkt der Berührlinie mit der Zahnflanke ist bei einer exakten Evolventenverzahnung auch Tangente an den Grundkreis.
  • Damit läßt sich, im Gegensatz zum bekannten Verfahren, der Abstand des Prüfgerätekoordinatensystems zum Prüfradmittelpunkt über die Berührlinie und damit direkt über den Grundkreisradius ermitteln. Zur Ermittlung eines Berührpunktes wird eine auf einer zweiten Führung unabhängig angeordnete Dreikoordinatenmeßeinheit verwendet. Die X-Achsenmeßeinheit mißt in Richtung der zweiten Führung parallel zur Grundkreistangente, die Y-Achsenmeßeinheit in einer zum Zahnrad radialen Richtung und die Z-Achsenmeßeinheit in Richtung der Zahnradachse. Die von der Tastfläche tangierte Zahnflanke wird durch die Dreikoordinatenmeßeinheit bei fixierter Z-Achse kontinuierlich vom Radmittelpunkt weg oder zum Radmittelpunkt hin abgetastet.
  • Wurde der Meßtaster vorher bezüglich der X-Achse durch Antasten der zugeordneten Tastfäche auf null gesetzt und wird der X-Wert beim Abtasten der Zahnflanke zu null, so hat die Tastspitze inr-Richtung eine Entfernung vom Radmittelpunkt erreicht, die gleich dem Grundkreisradius ist.
  • Die Lage des Prüfgerätes, bzw. die Lage des Tasters zum Radmittelpunkt ist damit in Richtung der Y-Achse bestimmt.
  • Das gleiche Ergebnis wird auch ohne vorheriges Nullsetzen erreicht, da der beim kontinuierlichen Abtasten erhaltene Y-Wert beim Minimum des X-Wertes der Grunkreisradius ist.
  • Ist das Evolventenprofil in den üblichen Grenzen fehlerhaft, so läßt sich durch eine Ausgleichsrechnung unter Verwendung mehrerer gemessener X-Y-Wertepaare eine verfeinerte Bestimmung des Minimalwertes und damit der Meßtasterposition in der nachgeschalteten Recheneinheit durchführen.
  • Durch die Verwendung mehrerer Werte wird die Genauigkeit gegenüber den bekannten Geräten zusätzlich gesteigert.
  • Uber den theoretischen Wert für den Grundkreisradius läßt sich dann der Abstand des Tasters von der Y-Achse rechnerisch ermitteln.
  • Aus Symmetriegründen ist damit die Lage des Prüfgerätekoordinatensystems eindeutig bestimmt. Nun kann mit der Dreikoordinatenmeßeinheit, die unabhängig von der Tastflächeneinheit auf ihrer Längsführung positioniert werden kann, die Zahnflankengeometrie vermessen werden. Die Steuerung des Meßvorgangs erfolgt durch die Steuer- und Recheneinheit über Servoantriebe über eine entsprechende Zwischenschaltung. Es können sowohl Abweichungen der Profilform, als auch, unter Verwendung der Z-Achsenmeßeinheit die Flankenlinienabweichungen ermittelt werden.
  • Durch Abtasten mehrerer gleichgerichteter Flanken benachbarter Zähne, können auch Teilungsfehler erfaßt werden.
  • Durch Messen mehrerer Flanken und / oder des Tastflächenabstandes kann eine verfeinerte Ermittlung der Lage des Meßgerätekoordinatensystems in der nachgeschalteten Recheneinheit durchgeführt werden, da Redundanz auftritt.
  • Zur Messung von Schrägverzahnungen im Stirnschnitt wird die Längsführung der Dreikoordinatenmeßeinheit nach der oben beschriebenen Lage ermittlung um den Schrägungswinkel gegenüber der Tastschlittenlängsführung verdreht und dann die Prüfung der Zahnflanken durchgeführt.
  • Alle Steuer- und Rechenaufgaben werden von einer nachgeschalteten Recheneinheit gelöst.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit dem Prüfgerät die Lage des Prüfradmittelpunktes in Bezug auf das am Prüfradumfang angelegte Meßgerät genau bestimmbar ist und alle wesentlichen Zahnradfehler meßbar sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen beschrieben: Fig. 1 Draufsich-t auf das erfindungsgemäße Prüfgerät beim Ermitteln des Grundkreisradius durch Abtasten der Zahnflanke eines Zahnrades.
  • Fig 2 Stark vereinfachte Draufsicht auf Teile der Tastflächen, Meßtaster und des geradverzahnten Prüfrades.
  • Die Fig. 1 zeigt einen Teil eines geradverzahnten Prüfrades 1 und das Prüfgerät. Das verwendete Koordinatensystem ist angegeben. Vom Prüfrad 1, einem geradverzahnten Stirnrad, sind nur einige Zähne 1' , 1" dargestellt. Vom Prüfrad 1 ist außerdem der Grundkreis sowie eine tangente an den Grundkreis und der Prüfradmittelpunkt 0 angegeben.
  • Das Prüfrad 1 liegt zum Prüfen auf einer Unterlage auf, der auch das Prüfgerät aufgelegt ist.
  • Das Prüfgerät baut sich auf der Tastschlittenführung 2 und der Dreikoordinatenmeßeinheitführung 3 auf. Beide Führungen sind über das linke Verbindungselement 6 und das rechte Verbindungselement 7 verbunden. Die Dreikoordinatenmeßeinheitführung 3 ist über die Verbindungselemente 6 und 7 gegenüber der Tastschlittenführung verdrehbar angeordnet.
  • Die Verdrehmöglichkeit wird bei der Prüfung von schrägverzahnten Stirnrädern benötigt.
  • Die Tastschlitten 4 und 5 sind unabhängig von der Dreikoordinatenmeßeinheit verschiebbar. Am Tastschlitten 4 ist der Taster 4' befestigt, der mit seiner Tastfläche, die parallel zur Z-Achse liegt, die linke Flanke des Zahnes 1t tangiert. Der Berührpunkt liegt auf der Tangente an den Grundkreis, die parallel zu den beiden Führungen ist.
  • Entsprechendes gilt für die Tastschlitteneinheit 5 mit dem Taster 51 , dessen Tastfläche die rechte Flanke des Zahnes l" tangiert. Der Berührpunkt liegt auf der gleichen Tangente an den Grundkreis wie oben. Der Abstand der Tangente vom Prüfradmittelpunkt 0 ist dann gleich dem Grundkreisradius.
  • Um den Abstand des Prüfgerätes vom Werkradmittelpunkt 0 zu ermitteln, wird mit dem Meßtaster 11 die Tastfläche des Tasters 41angetastet und der X-Koordinatenwert gleich null gesetzt. Der Meßtaster 11 wird dann kontinuierlich an der linken Zahnflanke des Zahnes 1' entlang-bewegt. Die Z-Achseneinheit 10 der Dreikoordinatenmesseinheit wird dazu festgehalten, die X-Achseneinheit 8 und die Y-Achseneinheit 9 führen die Bewegung aus. Beim Erreichen des X-Achsennullwerts hat die Meßtasterkugel vom Prüfradmittelpunkt 0 einen Abstand der gleich dem Grundkreisradius des Prüfrades ist. Damit läßt sich die Position der Meßtasterkugel bezüglich des Prüfradmittelpunktes angeben. Die Zuordnung von Prüfrad und Prüfgerät ist hergestellt.
  • Die eigentliche Prüfung des Prüfrades 1 wird dann mit der Dreikoordinatenmeßeinheit durchgeführt. Die X-Achsenein heit 8, die Y-Achseneinheit 9 und die Z-Achseneinheit 10 sind gleichartig aufgebaut. Die durch einen Servomotor über eine Gewindespindel angetriebenen Meßschlitten enthalten jeweils einen Inkrementalmaßstab als Wegmeßelement.
  • Der Meßtaster 11 wird dann z.B. in die Position 11' gebracht. Die Zahnflanke wird abgetastet nd di gemessenen Istwerte mit berechneten Sollwerten verglichen. Damit lassen sich Profil- und Flankenlinienprüfung durchführen.
  • Eine Teilungsprüfung kann durch das Antasten mehrerer Zähne erfolgen.
  • Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 in dem die geometrischen Voraussetzungen für die Herstellung der Zuordnung zwischen Prüfrad und Prüfgerät dargestellt sind.
  • Wurde der Punkt T mit Hilfe des Tasters 4' und des Meßtasters 11 ermittelt, so ist die Lage der Koordinatensysteme XT-Y?-ZG und XM-YM-ZM bezüglich des Koordinatensystems im Prüfradmittelpunkt bekannt. Das Koordinatensystem XM-YM-ZM ist um RB in Y-Richtung, das Koordinatensystem XT-YU-ZT ist zusätzlich um Z = Prüfradzähnezahl K = Zahl der zwischen den Tasten eingeschlossenen Zähne Zahndickenwinkel am Grundkreis RB = Grundkreisradius in negativer X-Richtung verschoben.
  • Wenn der Meßtaster mit seiner Kugel die Zahnflanke des Zahnes ltim Punkt T berührt, wird die Anzeige der Zähler für die Inkrementalmaßstäbe null gesetzt und damit der Punkt g als Bezugspunkt im Prüfgerät festgelegt.
  • Eine Umrechnung der damit gemessenen Koordinatenwerte in die anderen Koordinatensysteme ist dann mit den oben angegebenen Beziehungen in der Recheneinheit möglich. Leerseite

Claims (2)

  1. Patentansprüche Verfahren zum Prüfen der Geometrie von Zahnrädern mit Evolventenflanken, mit einem Prüfgerät, das zwei auf einer Führung verschiebbare Tastschlitten hat, die jcweils eine zur Verschiebungsriclltung senkrechte, sich gegenüberliegende Rastfläche haben, die jeweils tangential an einer rechten und linken Zahnflanke zur Anlage gebracht werden und eine dazu parallele mit der Tastschlittenführung verbundene Meßschl.ittenführung auf der eine Koordinatenmesseinrichtung aufgebuo ist, die die Geometrie der Prüfradflanken erfaßt und mit den Sollwerten vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage desprüfgerätekoordinatensystems zum Prüfradkoordinatensystem im PrüfradmitteXpunkt über eine Normale auf der Tastflächenberührlinie gefunden wird, die gleichzeitig Tangente an den Grundkreis ist.und damit den Grundkreisradius als Abstand hat.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschlittenführung zum Messen von Schrägverzahnungen, gegenüber der Tastschlittenführung verdrehbar ist.
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