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Gerät zum Prüfen von Zahnrädern. Die Erfindung betrifft ein Gerät,
welches dazu dient, festzustellen, ob ein Zahnrad hinsichtlich der Genauigkeit seiner
Verzahnung bestimmten Anforderungen genügt. Die Erfindung benutzt den bekannten
Gedanken, den Abstand zweier Punkte dadurch zu bestimmen, daß man mit Hilfe eines
geeigneten Beobachtungsmikroskops die Bilder der beiden Punkte optisch zur Deckung
bringt, wobei das Maß der gegenseitigen Deckung oder Verschiebung der optischen
Glieder, das zur Erreichung der Decklage der beiden Bilder erforderlich ist, den
gesuchten Wert liefert. Von diesem Gedanken wird hier in der Weise Gebrauch gemacht,
daß man das Gerät mit einem Mikroskop ausstattet, das von zwei Zahnflanken Bilder
entwirft, die einander im Gesichtsfelde überlagern. Beobachtet man zwei nicht gleichgerichtete
Zahnflanken der Verzahnung para'lel zur Erzeugenden der Flanken, so überschneiden
im Bildfelde des Mikroskops die Bilder der beiden Zahnflanken einander. Da die Zahnflanken
in der Regel nicht allzusehr von der radialen Richtung abweichen, wird die Lage
des Schnittpunktes der beiden Bilder in radialer Richtung stark von dem gegenseitigen
tangentialen Abstande der beiden Zahnflanken beeinflußt. Insbesondere ergibt sich,
wenn man das zu untersuchende Zahnrad von hinten her beleuchtet, im Gesichtsfelde
dort, wo beide betrachteten Zahnteile gleichzeitig das Licht abschneiden, eine besonders
dunkle, in eine Spitze auslaufende Fläche, deren radiale Abmessung besonders kennzeichnend
ist.
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Durch schrittweise Drehung des untersuchten Zahnrades um seine Achse
je um den Teilungswinkel erhält man mit den Abweichungen des Schnittpunktes der
jeweilig abgebildeten Flanken von der Lage des der Fehlerfreiheit entsprechenden
Schnittpunktes im Abbildungsmaßstabe des Mikroskops eine Darstellung der Fehler
der Zahnflanken. Zur Messung dieser Fehler kann man das Mikroskop mit einer Einrichtung
ausrüsten, welche die beiden Bilder gegeneinander zu verschieben und das Maß dieser
Verschiebung an Skalen abzulesen gestattet; man kann dann feststellen, welche Verschiebung
notwendig ist, um den Schnittpunkt der Bilder der Flanken auf den Punkt des Bildfeldes
zu bringen, welcher einem fehlerfreien Rade entspräche. Will man sich dagegen nur
vergewissern, ob die Fehler der Verzahnung gewisse bestimmte Grenzen nicht überschreiten,
so genügt es, im Bildfelde des Mikroslmps feste oder einstellbare Marken anzubringen,
die das Toleranzfeld begrenzen, innerhalb dessen der Schnittpunkt liegen muß.
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Erfahrungsgemäß sind bearbeitete Zahnflanken nicht stetig gekrümmt
verlaufende Kurven, sondern es sind meist Abweichungen vom stetigen Verlaufe der
Kurven vorhanden, die sich insbesondere bei stärkerer mikroskopischer Vergrößerung
als Ausbuchtungen der Flankenkurve deutlich erkennen lassen. Durch .das Vorhandensein
solcher Ausbuchtungen wird die Lage des Schnittpunktes der Flankenbilder unsicher
und damit die Ablesegenauigkeit des Gerätes beeinträchtigt. Man kann deshalb das
Gerät weiterhin dadurch vervollkommnen, daß man im Bildfelde des Mikroskops feste
oder einstellbare Marken anbringt, die jene besonders dunkle, von den beiden betrachteten
Zahnteilen gleichzeitig beschattete Fläche umhüllen.
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Die Abb. i bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung. Die Abb. i und 2 stellen, teilweise im Schnitt, das Ausführungsbeispiel
im Aufriß und Grundriß dar. In Abb. 3 ist, ebenfalls zum Teil im Schnitt, ein Seitenriß
des Beobachtungsmikroskops entworfen. Abb. 4 stellt einen Schnitt durch das Mikroskop
nach der Linie 4-4 der Abb. 3, Abb. 5 in größerem Maßstabe einen Schnitt nach der
Linie 5-5 der Abb. i dar.
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Ein in einem Zahnradträger a drehbar gelagerter Gewindebolzen a1 ist
mit einer Mutter a2 versehen, mit welcher ein mit einer Büchse b1 ausgerüstetes,
zu untersuchendes Zahnrad b festgehalten werden soll. Zwei "Bolzenschrauben a3 und
a4 dienen dazu, den
Zahnradträger a an beliebiger Stelle einer T-Nut
c' auf einer Grundplatte c zu befestigen. An der Grundplatte c ist gleichzeitig
ein Mikroskopträger d mit einer an seinem Fuße dl befindlichen Schlittenführung
d2 parallel. zur T-Nut cl verschiebbar angebracht und trägt an einem mittels eines
Stiftes d3 und mehrerer dazugehörenden Bohrungen d4 in der Höhe grob einstellbaren
Arm d5 ein Doppelbildmikroskop e. Zur Feinverstellung des Mikroskops dient eine
Zahnstange e1 und ein Trieb de. Ein am Fuße dl des Mikroskopträgers d an einem Spiegelträger
f um zwei zueinander senkrechte Achsen drehbarer Spiegel f l läßt bei geeigneter
Einstellung das Licht einer beliebigen Lichtquelle parallel zur Richtung der Erzeugenden
der Zahnflanken des Zahnrades b in das Mikroskop c gelangen. Im Bildfelde e2 des
Mikroskops e befindet sich eine feste gläserne Strichplatte e3, und eine um eine
exzentrische Achse e4 drehbare gläserne Strichplatte e5 ragt zum Teil hinein. Die
Drehung dieser Strichplatte e5 kann durch einen Rändelring ee erfolgen. Am Objektivende
e7 des Mikroskops e ist ein Kästchen g angeschraubt, in welchem zwei halbe Frontlinsen
g1 mit ihren Fassungen in einer Schlittenführung g2 durch Betätigung zweier Mikrometer
g3 einander genähert werden können, während zwei Federn g4 die beiden halben Frontlinsen
g1 in entgegengesetztem Sinne zu bewegen suchen. Zum Schutze der empfindlichen Teile
ist (las Kästchen g mit einem Schutzglas g5 versehen. Zur Vervollständ;gung des
Objektivs ist am unteren Ende des Mikroskoptubus ein Objektivteil g6 angebracht,
welcher infolge seines genügend groß gewählten Durchmessers die von den halben Frontlinsen
-l ausgehenden Strahlenbüschel bei jeder möglichen Lage der Frontlinsen aufnehmen
kann.
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Abb. 5 läßt die beiden Strichplatten in der Draufsicht erkennen. Die
feste Strichplatte e3 trägt eine geradlinigeStrichmarke, bestehend aus einer die
Mitte des Bildfeldes e2 andeutenden Strichmarke h' und einer hierzu in einem Punkte
A senkrecht stehenden Strichmarke 112. Die drehbare Strichplatte e5, die
ihren Drehungsmittelpunkt C in der Verlängerung der Strichmarke hl besitzt, ist
mit einer spiralförmigen Strichmarke i versehen, die im Bildfelde e2 die Strichmarke
lal in ein3m Punkte & schneidet. Die Bildehl und h2 zweier Zahnflanken eines
zu untersuchenden Zahnrades schneiden sich in einem Punkte D des Bildfe:des, der
Spitze einer besonders dunklen Fläche 1a3, die dort erkennbar ist, wo die beiden
betrachteten Zahnteile gleichzeitig das Licht abschneiden. Die Strecke
AB stellt die Toleranz für die Lage des Punktes D dar.
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Abb. G stellt in stark vergrößertem Maßstabe das Bildfeld e2 einer
noch weiter vervöllfcommneten Form des Gerätes dar. Die feste Strichplatte e3 trägt
außer den geradlinigen Strichmarken hl und lag eine Schar von winkelförmigen Strichmarken
1, deren Winkelhalbierende die Strichmarke hl bildet und deren eine jeweils jene
besonders dunkle, von den beiden betrachteten Zahnteilen gleichzeitig beschattete
Fläche k3 umhüllt.
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Abb. 7 zeigt für eine weitere Ausführungsform des Gerätes im Maßstabe
der Abb. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Abb. z. Die feste Strichplatte e3
trägt die geradlinigen Strichmarken hl und h2, während auf der drehl-aren Strichplatte
e5 eine Schar von winkelförmigen Strichmarken m so angeordnet ist, daß deren (in
der Zeichnung nicht dargestellte) Winkelhalbierende jeweils durch den Drehmittelpunkt
C hindurchgehen und je eine der Strichmarken in im Bildfelde e2 jene besonders dunkle
Fläche k3 umhüllt.
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Bei der Prüfung von Zahnrädern geht man nun folgendermaßen vor: Das
zu untersuchende Zahnrad b wird mit einer Büchse bl ausgerüstet und auf dem Bolzen
a' mit der Mutter a2 befestigt. Dem Durchmesser des Zahnrades entsprechend wird
der Zahnradträger a mit den Bolzenschrauben a3 und a4 auf der T-Nut c' so festgezogen,
daß die optische Achse des Mikroskops e die Verzahnung schneidet, und der Spiegel
f1 so eingestellt, daß er das Licht einer beliebigen Lichtquelle, z. B. das Tageslicht,
zwi3chen den Zahnflanken hindurch in das Mikroskop gelangen läßt. Nach Scharfeinstellung
des Mikroskops e mit der Grobeinstellung durch den Stift d3 und der Feineinstellung
mit dem Trieb d5 zeigt der Einblick in das Mikroskop die Bilder zweier Verzahnungsteile,
welche von den beiden Frontlinsenteilen g1 gemeinsam mit dem Objektivteil g5 in
der Bildebene e2 entworfen werden. Man verschiebt den Mikroskopträger d in seiner
Schlittenführung d2 nunmehr so lange, bis ein Kreis von bestimmtem Radius, beispielsweise
der Teilkreis des zu untersuchenden Zahnrades, die die Mitte des Bildfeldes e2 darstellende
Strichmarke hl in einem bestimmten Punkte, z. B. dem Schnittpunkte A dieser Strichmarke
mit der dazu senkrecht stehenden Strichmarke 1a2, schneidet. Durch Einstellung der
Mikrometer g3 auf gleiche Werte und Drehung des Zahnrades b, bis die beiden Verzahnungsteile
sich auf der Strichmarke hl schneiden, kann man erreichen, daß die abgebildeten
Verzahnungsteile, z. B. zwei benachbarte Zahnflanken, symmetrisch zur optischen
Achse des Mikroskops liegen. Man kann nun die beiden Frontlinsenteile g' und damit
die Zahnflankenbilder /a' und k'= im Bildfelde e2 symmetrisch verschieben, indem
man die beiden Mikrometer g 3 gleichzeitig auf andere gleiche Werte einstellt, wobei
der Schnittpunkt D der Zahnflankenbilder
k1 und k2 auf der Strichmarke
111 wandert. Ist die Mikrometereinstellung so gewählt, daß die Entfernung der opti-.cllcn
Achsen der Frontlinsenteile g1, also die Summe der beiden gleichen Mikrometerwerte,
dem Teilungsbetrage entspricht, welcher den beiden betrachteten Flanken zukommt,
wobei näherungsweise der Bogen des Teilungswertes gleich seiner Sehne angenommen
werden kann, so müßte bei fehlerfreier Verzahnung der Schnittpunkt D der beiden
Zahnflankenbilder auf den Punkt A zu liegen kommen. Die für allgemeinen vorhandene
Abweichung der Lage des Punktes D vom Punkte A stellt den Teilungsfehler
der Verzahnung für die beiden betrachteten Zahnflanken dar und kann durch Zurückverlegen
des Punktes D auf den Punkt A
durch gleichmäßige Drehung der beiden
Mikrometer g3 als Summe zweier gleicher Mikrometerwerte abgelesen werden. Stellt
man am Rändelring eg durch Drehen der Strichplatte e5 den Schnittpunkt
B der Spirale i mit der Strichmarke hl so ein, daß die Strecke
AB
dem doppelten zulässigen Fehler des Teilungswertes entspricht, und verlegt
den Schnittpunkt des Teilkreises mit der Strichmarke hl in den Halbierungspunkt
der Strecke AB, so stellt AB die Toleranz dar, den Bereich, innerhalb
dessen die Schnittpunkte D aller Flankenbilderpaare k1 und k2 liegen müssen, wenn
im Teilkreis die Abweichungen der Verzahnung vom fehlerfreien Werte den zulässigen
Fehler nicht überschreiten sollen. Hierbei sind die Zahnflanken im beobachteten
Bereiche näherungsweise geradlinig angenommen und je mit ihrer Teilkreistangente
zusammenfallend gedacht.
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Will man von der vorgeschlagenen Vervo!1-kommnung des Gerätes Gebrauch
machen, so wählt man aus der Schar fester, winkelförmiger Strichmarken (Abb. 6)
diejenige Strichmarke L aus, die jene besonders dunkle, von den beiden abgebildeten
Zahnteilen gleichzeitig beschattete Fläche k3 umhüllt, und betrachtet die Lage der
Bilder k1 und k2 der Zahnflanken gegenüber dieser winkelförmigen Strichmarke 1.
Bei der weiteren Ausführungsform des Gerätes (Abb. 7) dreht man die Strichplatte
e5 am Rändelring e3 so lange, bis die \@@inkelhalbierende einer die Fläche k3 umhüllenden,
winkelförmigen Strichmarke m mit der festen Strichmarke hl im Bildfelde e2 zusammenfällt.
Durch Verschieben des Mikroskopträgers d in seiner Schlittenführung d2 kann man
erreichen, daß eine der Strichmarken 1 bzw. in die Bilder k1 und k2 eines
fehlerfreien Zahnflankenpaares gerade berührt. Sind bei einem untersuchten Zahn
Fehler vorhanden, so treten zwischen der Strichmarke l bzw. in und den Bildern
k1 und k2 Lichtspalte auf. Diese Lichtspalte sind schon dann zu erkennen, wenn-
eine Abweichung in der Lage des Schnittpunktes D wegen der Unsicherheit der Lage
dieses Schnittpunktes noch nicht festzustellen ist, und gleichen gewissermaßen die
Ausbuchtungen der Zahnflankenbilder aus.
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Das vorliegende neue Gerät bietet gegenüber den bisher zur Prüfung
von Zahnrädern verwendeten Einrichtungen eine Reihe wichtiger Vorteile. In erster
Linie ist die Zahnradprüfung nicht auf die Prüfung der Verzahnung im Teilkreis beschränkt.
Um die Verzahnung in einem beliebigen Kreise von anderem Durchmesser zu prüfen,
hat man an Stelle des Teilkreises gemäß der Beschreibung nur den entsprechenden
Kreis einzusetzen und an Stelle der Teilungswerte mit den zu diesem Kreise gehörenden
Zahndicken und Lückenwerten zu arbeiten. In allen Fällen können sowohl Fehler, die
aus ungenauer Teilung herrühren, als auch Fehler festgestellt und gemessen werden,
die bei richtiger Teilung in unrichtiger Zahndicke begründet sind. Außerdem kann
die Ablesegenauigkeit sehr hoch gemacht werden infolge der in weiten Grenzen beliebig
hoch zu wählenden mikroskopischen Vergrößerung. ,