DE3712920C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur
Teilungsprüfung von Zahnrädern, insbesondere Großzahnrädern
durch ein vorzugsweise transportables
Prüfgerät mit nur einem Meßtaster, der in die Zahnlücken
des zu prüfenden Zahnrades hineingefahren
und auf einem Meßkreis, der konzentrisch zum Zahnrad
ist, in Anlage an die Zahnflanken gebracht
wird, wobei der Meßtaster nach dem Einfahren in
eine Zahnlücke auf dem Meßkreis an eine Flanke dieser
Zahnlücke angelegt wird und die so erhaltene
Position erfaßt, worauf er dann an die gegenüberliegende
Flanke dieser Zahnlücke angelegt wird und
die Position der dortigen Flanke auf dem Meßkreis
erfaßt, daraufhin aus der Zahnlücke heraus- und in
die nächste Zahnlücke hineingefahren wird, worauf
sich die Meßvorgänge wiederholen, bis das sich
drehende Zahnrad über seinem ganzen Umfang durchgeprüft
ist.
Dieses Prüfverfahren ist vor allem für die Prüfung
kleiner und mittlerer Zahnräder bekannt, vgl. VDI-Z,
125 (1983), Nr. 10, Seiten 383-387, und
DE 33 17 249 A1. Bei den dort beschriebenen Verfahren
ist das zu prüfende Zahnrad mit einem Präzisions-Winkelnormal
verbunden. Die Messung beruht
auf dem direkten Vergleich der Winkellage der einzelnen
Zähne mit dem Winkelnormal. Über die Teileinrichtung
des Winkelnormals wird das Zahnrad der
jeweiligen Soll-Winkellage entsprechend positioniert.
Die Teilungsabweichung ergibt sich aus der
Tangentialabweichung eines in die Lücke eingefahrenen
und an die zu prüfende Zahnflanke angelegte
Meßtasters. Als besonders günstig haben sich dabei
sogenannte pendelnde Meßtaster erwiesen, die bei
sich ununterbrochen drehendem Zahnrad automatisch
in die Zahnlücken hineingeführt werden und zunächst
die linke, danach die rechte Zahnflanke abtasten
und sodann wieder herausgeführt werden. Dadurch
kann während eines Umlaufes des Zahnrades die
Stellungsabweichung der Zahnflanken relativ zu dem
Winkelnormal und somit die Teilungsabweichung gemessen
und registriert werden.
Für die Prüfung von Großzahnrädern ist dieses Verfahren
jedoch zu ungenau, weil der an sich geringe
Fehler des Winkelnormals proportional mit dem
Zahnraddurchmesser zunimmt.
Die Teilungsprüfung von Großzahnrädern erfolgt deshalb
im allgemeinen mit zwei Tastern, die gleichzeitig
an entsprechende Flanken des zu prüfenden
Zahnrades herangeführt werden.
Zum Stand der Technik sei nur beispielshalber auf
die DE-OS 32 12 079 und 32 12 081 hingewiesen.
Es
ist zwar durch den Prospekt der Firma Zeiss "Verzahnungsmessung
auf einem Mehrkoordinaten-Meßgerät",
1980, bekannt, bei großen Zahnrädern auf ein Winkelnormal
zu verzichten, dabei wird aber eine Mehrkoordinaten-Meßmaschine
verwendet, die um den ganzen
Umfang des stillstehenden Zahnrades herumgeführt
wird.
Bei der EP 00 19 075 A1 handelt es sich zwar um ein
Verfahren und Prüfgerät zum Prüfen von Zahnrädern
großen Durchmessers, jedoch wird das Zahnflankenprofil
und nicht die Teilung geprüft.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zur Teilungsprüfung der eingangs
beschriebenen Art dahingehend zu verbessern,
daß mit nur einem Meßtaster auch Großzahnräder geprüft
werden können, ohne daß es zu den eingangs
beschriebenen Fehlern bei Verwendung eines Winkelnormals
kommt. Insbesondere soll sich das erfindungsgemäße
Verfahren auch bei Geräten, etwa gemäß
der DE-OS 33 20 983 realisieren lassen, die bisher
nur zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der
Zahnschräge geeignet waren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Teilungsprüfung über den Umfang des
Zahnrades in mehreren einzelnen Meßreihen erfolgt,
wobei während jeder dieser Meßreihen das Zahnrad
stillsteht und der Meßtaster die Positionen aufeinanderfolgender
Flanken mehrere Zahnlücken auf
dem Meßkreis erfaßt, und der Meßtaster nach jeder
Meßreihe in den zu Beginn dieser Meßreihe eingenommenen
Ausgangsbereich zurückgefahren und das
Zahnrad so weit weitergedreht wird, daß der Meßtaster
zu Beginn einer neuen Meßreihe mit einer
der in der vorherigen Meßreihe zuletzt gemessenen
Flanken auf den Meßkreis in Anlage kommt, und unter
Berücksichtigung deren Position die neue Drehstellung
des Zahnrades erfaßt, und anschließend eine
neue Meßreihe beginnt.
Erfindungsgemäß wird also der Zahnradumfang in zahlreiche
aufeinanderfolgende Umfangsbereiche unterteilt, die so
groß gewählt werden, daß der Meßtaster im Rahmen einer
fortlaufenden Meßreihe bei stillstehendem Zahnrad diesen
Umfangsbereich gerade noch überstreichen kann. Sodann wird
der Meßtaster in seinen Ausgangsbereich zu Beginn dieser
Meßreihe, zweckmäßig in seine genaue Ausgangsposition zurückgefahren
und gleichermaßen wird das Zahnrad beigedreht,
damit der nächste, noch nicht vermessene Umfangsbereich
in den Arbeitsbereich des Meßtasters kommt. Dieses
Zurückbewegen des Meßtasters und des Zahnrades kann mit
dem in der zuletzt gemessenen Zahnlücke verbleibenden Meßtaster
erfolgen, zweckmäßig wird aber vorher der Meßtaster
herausgefahren und unabhängig von der Drehgeschwindigkeit
des Zahnrades in die Ausgangsposition zurückbewegt.
Um die nun folgende Meßreihe exakt an die vorherige Meß
reihe anzuschließen, muß der Meßtaster zunächst an eine
der bereits gemessenen Flanken, am besten an die zuletzt
gemessene Flanke der vorherigen Meßreihe herangeführt
werden und ihre neue Position (nach der Verdrehung des
Zahnrades) erfassen. Dadurch steht der Rückdrehwinkel des
Zahnrades fest und ebenso steht die Zuordnung der nun fol
genden neuen Meßreihe relativ zur ersten Meßreihe fest.
Auf diese Weise kann das Zahnrad intermittierend über seinen
ganzen Umfang durchgeprüft werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen zum
einen darin, daß man kein Winkelmeßsystem für die jeweili
ge Drehstellung des Zahnrades benötigt. Vielmehr muß le
diglich die Position des Meßtasters ermittelt werden, was
durch Linearmeßsysteme mit einer Genauigkeit von 0,1µm mög
lich ist. Zum anderen darin, daß man nur einen Meßtaster
benötigt, was nicht nur den baulichen Aufwand verringert,
sondern auch die Meßgenauigkeit verbessert. Und nicht zu
letzt darin, daß die Messung immer bei stillstehendem
Zahnrad erfolgt, wodurch die bisher unvermeidlichen Prell
effekte zwischen Meßtaster und sich vorwärts drehendem
Zahnrad entfallen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
das erfindungsgemäße Teilungsprüfverfahren durch die Erfas
sung der Zahndicken und der Zahnlücken zugleich auch die
rechnerunterstützte Bestimmung der Verzahnungs-Rundlaufab
weichungen gestattet.
Besonders vorteilhaft ist es, das beschriebene Teilungsprüf
verfahren mit der Prüfung des Flankenprofils und der Zahn
schräge zu kombinieren, wie in Anspruch 4 angegeben. Da
durch können all diese verschiedenen Prüfungen mit ein und
demselben Prüfgerät und während eines einzigen Umlaufes des
Zahnrades durchgeführt werden.
Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
weitgehend auf an sich bekannte Bauelemente zurückgegrif
fen werden, insbesondere auf das bisher zur Prüfung des
Zahnflankenprofils und der Zahnschräge verwendeten Gerätes
gemäß der DE-OS 33 20 983. Dieses Gerät ist lediglich noch
durch Schaltmittel zu ergänzen, die jeweils nach Durchfüh
rung einer Meßreihe, also nach Messung einer vorgegebenen
Anzahl aufeinanderfolgender Flanken, wobei der Meßtaster
schließlich am Ende seines Arbeitsbereiches angekommen ist,
sowohl das Zurückfahren des Meßtasters in den zu Beginn
der Meßreihe eingenommenen Ausgangsbereich, als auch die
Rückdrehung des Zahnrades um einen vorgegebenen Drehwin
kel auslösen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung;
dabei zeigt
Fig. 1 die Schrittfolge eines Ver
fahrens nach der Erfindung an zwei aufeinanderfolgenden Meßreihen,
Fig. 2 den Grundaufbau eines entsprechenden Prüf
gerätes in teilweise geschnittener Seiten
ansicht und
Fig. 3 das Gerät nach Fig. 2 in teilweise geschnit
tener Draufsicht.
Gemäß Fig. 1 wird ein Meßtaster 13 zunächst auf den Teil
kreisdurchmesser des zu prüfenden, drehbar gelagerten Zahn
rades 23 eingestellt und zugleich an die vom Zahnradmit
telpunkt aus gesehen linke Flanke des Zahnes 1 angelegt.
Für diese Position des Meßtasters 13 können die in Fig. 1
nur schematisch angedeuteten Linearmeßsysteme X und Y
auf Null gestellt werden, stattdessen können aber auch
die sich ergebenden X- und Y-Werte gemessen und gespeichert
werden. Sodann wird der Meßtaster 13 in X- und Y-Richtung
verfahren, bis er an der gegenüberliegenden Flanke, der
rechten Flanke des Zahnes 2 in Höhe des Teilkreisdurch
messers anliegt. Deren Position bzw. Abweichung vom Soll
maß wird gemessen und gespeichert. Danach wird der Meßtaster
aus der Zahnlücke herausgeführt und in die nächste Zahn
lücke zwischen Zahn 2 und Zahn 3 wieder eingeführt und
an die linke Flanke des Zahnes 2 angelegt. Damit läßt
sich die Abweichung der Teilung für die linken Flanken
an Zahn 1 und Zahn 2 messen.
Wie vor beschrieben wird der Taster sodann an die rechte
Flanke des Zahnes 3 herangeführt, worauf die Teilungsab
weichungen der rechten Flanken der Zähne 2 und 3 gemessen
und gespeichert werden.
Der beschriebene Vorgang wiederholt sich so lange, bis der
Fahrweg des Meßtasters 13 in X-Richtung zu Ende ist. Dann
ist eine Meßreihe abgeschlossen. Dies kann je nach Modul
des zu prüfenden Zahnrades nach etwa 3 bis 7 Zähnen der
Fall sein. Der Einfachheit halber wurde in Fig. 1 unter
stellt, daß der Taster bereits bei der rechten Flanke
von Zahn 3 seinen Verfahrweg ausgeschöpft hat. Er wird
dann in seine Startposition zurückgefahren, gleichzeitig
aber das Zahnrad 23 so weit beigedreht, daß die zu
letzt geprüfte Flanke, also die rechte Flanke des Zahnes 3
an den Beginn des Verfahrweges des Meßtasters 1 in X-Rich
tung zu liegen kommt. Dieser Zustand ist in der unteren
Hälfte von Fig. 1 dargestellt.
Da die Rückdrehung des zu prüfenden Zahnrades ohne Winkel
normal erfolgt, wird der Meßtaster vor Beginn der zweiten
Meßreihe zunächst dazu benützt, die neue Stellung des Zahn
rades nach dem Verdrehen zu messen. Er muß dazu in Anlage
mit einer bereis in der vorherigen Meßreihe erfaßten
Flanke, zweckmäßig mit der zuletzt erfaßten Flanke, also
der rechten Flanke des Zahnes 3 in Höhe des Teilkreisdurchmessers gebracht werden. Dies kann
in der Weise erfolgen, daß man bereits den Drehwinkel des
Zahnrades grob so bemißt, daß die genannte rechte Flanke
des Zahnes 3 in den Startbereich des Tasters 1 gedreht
wird; man benötigt dann aber einen Drehtisch, der eine
Verdrehung des Zahnrades um ein nicht-ganzzahliges Viel
faches der Teilung gestattet.
Überwiegend wird die Prüfung des Zahnrades jedoch mit ei
nem transportablen Prüfgerät durchgeführt, wobei das Zahn
rad in der Herstellungsmaschine eingespannt bleibt. Man
kann dadurch korrigierend in die Herstellung des Zahnrades
eingreifen. Das Zahnrad ist dann gewöhnlich auf einem
Drehtisch montiert, der nur um ganzzahlige Vielfache der
Teilung verdreht werden kann. Dieser Fall entspricht der
Darstellung in der unteren Hälfte von Fig. 1, wo das Zahn
rad gerade um eine ganze Teilung zurückgedreht worden ist.
Der Taster wird dann aus seiner Startposition in die Zahnlücke
hinein, aber auch so weit in X-Richtung verfahren, daß
er mit der zuletzt gemessenen Flanke in Anlage kommt und
deren Position mißt. Damit ist die neue Stellung des Zahn
rades nach dem Rückdrehen bekannt und die zweite Meßrei
he kann beginnen. Dabei werden die Flanken der Zähne 3
und 4 abgetastet (in der Praxis die Flanken von wesentlich
mehr Zähnen) bis der Meßtaster wieder am rechten Ende sei
nes Fahrweges angelangt ist.
Das beschriebene Verfahren wiederholt sich so lange, bis
das Zahnrad einmal umgelaufen ist.
Man erhält dann die gewünschten Einzel- und Summenteilungs
fehler. Da außerdem bei dem beschriebenen Verfahren die
Zahndicke und die Zahnlücke auf dem Meß- oder Teilkreis erfaßt
werden, kann zugleich auch die Verzahnungs-Rundlaufabwei
chung errechnet und angezeigt werden.
Für die Durchführung des Verfahrens kann
auf das in den Fig. 2 und 3 dargestellte, weitgehend
bekannte Gerät zurückgegriffen werden.
Es handelt sich dabei um ein transportables Gerät, das auf
den Werkstücktisch 1 einer Zahnradbearbeitungsmaschine
aufgesetzt ist. Sein Gerätegestell 2 kann über 3 Stell
schrauben 3, 4, 5 nivelliert werden. Auf dem Gerätege
stell 2 befindet sich eine Führungsbahn 6 in X-Richtung,
also tangential zu dem zu prüfenden, nicht näher darge
stellten Zahnrad, und in dieser Führungsbahn 6 ist über
Kugelrollführungen ein erster Schlitten 7 verschiebbar.
Die Verschiebebewegung bzw. die Verschiebeposition dieses
ersten Schlittens gegenüber dem Gerätegestell 2 ist über
einen inkrementalen Längsweggeber 8 erfaßbar und mit ei
nem nicht dargestellten Rechner aufnehmbar bzw. von die
sem verarbeitbar.
Auf dem Schlitten 7 ist über eine weitere Kugelrollführung
ein zweiter Schlitten 9 in Y-Richtung, also in Richtung
auf das Zahnrad bzw. von diesem fortverschiebbar gelagert.
Dieser zweite Schlitten trägt wiederum über eine Kugel
rollführung einen dritten Schlitten 10, der gegenüber dem
zweiten Schlitten durch die Kraft einer Feder 11 in Rich
tung auf das zu prüfende Zahnrad gehalten wird und an
seiner zahnradzugewandten Seite einen Orientierungsfüh
ler 12 bzw. einen Meßtaster 13 trägt.
Der Schlitten 7 ist durch einen Stellmotor 14 und der
Schlitten 9 durch einen Stellmotor 15 bewegbar und ein
stellbar. Zwischen Schlitten 7 und 10 befindet sich ein
inkrementaler Längsweggeber 16 zur Erfassung der Position
in Y-Richtung.
Zum Nivellieren des Meßgerätes, derart daß seine X-Ache und
seine Y-Ache senkrecht zur Achse des zu prüfenden Zahnra
des stehen, weist das Gerät zwei Referenzflächen 20 und
21 auf. Des weiteren ist das Meßgerät mit Bolzen 18 und
19 ausgerüstet, die senkrecht zur X- und Y-Achse stehen,
um eine mittige tangentiale Einstellung des Meßgerätes
gegenüber dem zu prüfenden Zahnrad herbeizuführen. Das
Nivellieren und Ausrichten erfolgt jeweils durch eine,
beispielsweise magnetisch am Zahnrad festgelegte Meßuhr 17.
Sodann wird in an sich bekannter Weise der Abstand zwi
schen Meßgerät und Zahnrad ermittelt.
Es ist auch möglich,
die Nivellierung und Ausrichtung anders durchzuführen
oder hierauf ganz zu verzichten und stattdessen die Zuord
nung zwischen Gerät und Zahnrad rechnerisch zu ermitteln.
Wesentlich ist nun, daß die Steuerung für die Bewegungen
der Schlitten in X- und Y-Richtung über Schaltmittel 24
in Verbindung steht mit einem Drehantrieb 22 des zu prü
fenden Zahnrades in der Weise, daß immer dann, wenn der
Meßtaster 13 seinen Fahrweg in X-Richtung ausgenützt hat,
der Schlitten 7 in die Startposition zurückgefahren wird
und gleichzeitig der Drehantrieb 22 das Zahnrad 23 in der
bereits zuvor beschriebenen Weise zurückdreht, worauf au
tomatisch die Ermittlung der neuen Drehstellung des Zahn
rades anhand der zuletzt gemessenen Flanke erfolgt und
sodann die nächste Meßreihe beginnt.
Die
Fahrbewegung des Meßtasters kann statt durch einen X- und Y-Schlit
ten auch mit einem schwenkbaren,
teleskopartig ausziehbaren Taster mit einem Winkel- und
Längenmeßsystem durchgeführt werden.
Bei den meisten Zahnrädern handelt es sich um schräg
verzahnte Räder. Um bei diesen Rädern neben der Prüfung
der Teilung und des Flankenprofils auch gleich die Zahn
schräge zu prüfen, weist das beschriebene Prüfgerät üb
licherweise einen weiteren Schlitten auf, der in Z-Rich
tung verfahrbar ist. Da es sich hierbei um allgemein be
kannte Gegebenheiten handelt, ist dieser Schlitten in der
Zeichnung nicht näher dargestellt worden.
Das beschriebene
Meßverfahren kann auch bei innenverzahnten Rädern angewandt werden.
Die dazu notwendigen Änderungen am Prüfgerät sind an sich
bekannt und werden deshalb hier nicht weiter beschrieben.
Claims (5)
1. Verfahren zur Teilungsprüfung von Zahnrädern, insbesondere
Großzahnrädern durch ein vorzugsweise
transportables Prüfgerät mit einem Meßtaster, der in
die Zahnlücken des zu prüfenden Zahnrades hineingefahren
und auf dem Meßkreis, der konzentrisch
zum Zahnrad ist, in Anlage an die Zahnflanken gebracht
wird, wobei der Meßtaster nach dem Einfahren
in eine Zahnlücke auf dem Meßkreis an eine Flanke
dieser Zahnlücke angelegt wird und die so erhaltene
Position erfaßt, worauf er dann an die gegenüberliegende
Flanke dieser Zahnlücke angelegt wird und die Position
der dortigen Flanke auf dem Meßkreis erfaßt,
daraufhin aus der Zahnlücke heraus- und in die
nächste Zahnlücke hineingefahren wird, worauf sich
die Meßvorgänge wiederholen, bis das sich drehende
Zahnrad über seinem ganzen Umfang durchgeprüft ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilungsprüfung über den Umfang des Zahnrades
in mehreren einzelnen Meßreihen erfolgt, wobei
während jeder dieser Meßreihen das Zahnrad
stillsteht und der Meßtaster die Positionen aufeinanderfolgender
Flanken mehrerer Zahnlücken auf dem
Meßkreis erfaßt, und der Meßtaster nach jeder Meßreihe
in den zu Beginn dieser Meßreihe eingenommenen
Ausgangsbereich zurückgefahren und das Zahnrad so
weit weitergedreht wird, daß der Meßtaster zu Beginn
einer neuen Meßreihe mit einer der in der vorherigen
Meßreihe zuletzt gemessenen Flanken auf
dem Meßkreis in Anlage kommt, und unter Berücksichtigung
deren Position die neue Drehstellung des
Zahnrades erfaßt, und anschließend eine neue Meßreihe
beginnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zahnrad am Ende einer Meßreihe jeweils so weit
beigedreht wird, daß der Meßtaster zu Beginn einer neuen
Meßreihe mit der zuletzt gemessenen Flanke auf dem Meßkreis in Anlage kommt.
3.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilungsprüfung mit einer Zahndicken- und Zahnlücken
prüfung zur rechnerunterstützten Bestimmung der Verzah
nungs-Rundlaufabweichungen kombiniert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilungsprüfung mit der Prüfung des Flankenprofils und
ggf. der Zahnschräge kombiniert wird, derart, daß an ei
nigen über den Umfang verteilten Zähnen der Meßtaster
nicht nur die Position der Flanke auf dem Meßkreis erfaßt,
sondern auch in an sich bekannter Weise die Profilform
und die Zahnschräge dieser Flanke.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 4 mittels eines Prüfgerätes mit einem
Meßtaster (13), der in einer Ebene senkrecht zur Achse
des drehbar gelagerten, zu prüfenden Zahnrades (23)
verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüf
gerät Schaltmittel (24) aufweist, die jeweils nach
Durchführung einer Meßreihe das Zurückfahren des Meß
tasters (13) in den zu Beginn der Meßreihe eingenom
menen Ausgangsbereich einerseits und einen Drehantrieb
(22) des Zahnrades (23) zu dessen Beidrehung um einen
vorgegebenen Drehwinkel andererseits auslösen.
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