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Prüfgerät für Zahn-, Sdineid- oder ähnliche Räder und Verfahren zum
Prüfen von Zahnrädern od. dgl.
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Es sind viele Geräte bekannt, die zur Prüfung der Verzahnung dienen.
Allen diesen Geräten, insbesondere denen der Evolventenprüfung, haftet der Fehler
an, daß sie nicht der Erzeugung des Zahnes, sondern der theoretischen Entwicklung
angeglichen sind. Es wird also bei diesen Geräten zur Prüfung einer Evolvente diese
punktförmig abgetastet. Zur Fehlerauswertung werden von dieser punktförmigen Abtastung
Aufzeichnungen über Schreibgeräte abgeleitet.
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Die Erzeugung der Evolvente auf den Verzahnungsmaschinen geschieht
aber in der Weise, daß entweder die Schneidkanten eines geradflankigen Werkzeuges
(Kammstahl, Abwälzfräser, Schleifscheiben) oder die Schneidkante eines evolventenförmigen
Werkzeuges (Schneidrad) die Evolvente ahwickelt. ÄVinkel- oder Eingriffswinkelfehler
der Werkzeuge werden auf das Werkstück mit übertragen. In der Werkstatt interessiert
also in erster Linie die ÄVinkeliage der Schneidkante des Werkzeuges und in zweiter
Linie der erzeugte Eingriffswinkel an der hergestellten Verzahnung. Während die
Prüfung der Flankenwinkel an Zahnstangen und zabnstangenförmigen Werkzeugen keine
besonderen Schwierigkeiten bereitet, ist die NIessung der Eingriffswinkel an Schneidrädern
weit schwieriger.
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Hier versagen die bisher gebräuchlichen Geräte und man kann die Werkzeugkontrollen
erst am fertigen werkstück durchführen. Aber auch diese Messungen am Werkstück ergeben
mit den bereits bekannten Evolventenprüfgeräten nur auf Umlegen die Werte für die
Fertigung, d. h. es wird der Grundkreis-
durchmesser gemessen und
hiermit der Eingriffswinkel errechnet.
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Abgesehen von dem Verschleiß, dem die Tastkuppe der Meßgeräte unterworfen
- ist, sowie der Fehler, die dem Schreibgerät anhaften können, sind die umständlichen
Meßmethoden bzw. die schon erwähnten Meßgeräte zur Prüfung eines Schneidrades (Werkzeuges)
nicht anwendbar. Das Schneidrad hat Schnittwinkel und die erzeugende Schnittfläche
ist nur in ihrer Projektion maßgebend und daher zu prüfen.
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Die Optik bietet nun die Moglichkeit, das Herstellungsverfahren mit
einem geradflankigen Werkzeug bei der Prüfung nachzubilden und den Winkel in direkter
Messung durchzuführen. Von nicht zu unterschätzender Bedeutung ist noch, daß alle
erforderlichen Messungen, die bei einer Verzahnung erforderlich sind, bei größter
Genauigkeit mit einem solchen optischen Gerät durchgeführt werden können. Dabei
ist es gleichgültig. ob es sich um die erforderliche Projektion hei einem-Schneidrad
oder um die direkte Messung bei einem geradverzahnten Stirnrad handelt. Bisher konnte
mit einem Evohrentenprüfgerät nur die Evolvente an einem geradverzahnten Stirnrad
geprüft werden. Zur Prüfung der anderen Meßwerte, wie Eingriffsteilung, Zahndicke
bzw. Zahnweite, Einzelteilfehler, Rundlauffehler und Zahnrichtungsfehler, wurden
jeweils andere mechanische Meßinstrumente verwandt, deren Meßsicherheit oft in Zweifel
gestellt werden mußte.
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Um nun ein Prüfgerät zu schaffen, mit dem alle notwendigen Messungen
in einfachster Weise durchgeführt werden können, wird gemäß, der Erfindung vorgeschlagen,
an dem mit einem längs verschiebbaren Meßwagen und einem auf diesem verschiebbaren
und ein Einstellmikroskop tragenden Querschlitten versehenen Grundgestell einen
optischen Drehtisch anzuordnen, in dem eine mit der Planscheibe des Drehtisches
kuppelbare hohle Achse mit einer an einem mit dem Längsschlitten verbundenen Lineal
abrollenden Wälzscheibe und einer auswechselbaren Aufnahmevorrichtung (K-örnerspitze
od. dgl.) für den Prüfling eingebaut ist.
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Bei der praktischen Ausführung ist die hohle Achse mit einer durch
eine unter dem Drehtisch angeordneten Lichtquelle beleuchteten Fadenkreuzplatte
zur Mittenfixierung des Einstellinikroskopes versehen. Hierdurch kann man für sämtliche
Messungen zunächst den Mittelpunkt des Prüflings genauestens festlegen. Auf dieser
Achse ist ein Haltearm aufgeklemmt, der eine Plattform zur - Aufnahme der Lichtquelle
und einen Schlitz od. dgl. zur Aufnahme eines Mitnehmers für den den Prüf ling tragenden
Dorn erhält. Durch diese Lichtquelle wird das Profil des Prüflings bzw. ein Ausschnitt
aus diesem in dem Einstelimiikroskop abgebildet.
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Zur Befestigung des Prüflings bzw. des Prüft domes kann neben dem
Drehtisch an dem Masc'hinengestell ein Ständer mit senkrecht geführtem Schlitten
angeordnet sein, der eine zweite Körnerspitze für den Prüfdorn trägt.
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Für derartige Meßgeräte ist eIs wesentlich, daß heim Abrollen irgendeines
Prüflings an einem Lineal keinerlei Kräfte übertragen werden, die zu Fehlerquellen
bei der Messung führen könnten. Um dies zu erreichen, ist in eine Aussparung zwischen
dem Längsschlitten und dem Querschlitten ein weiterer Schlitten eingebaut, der an
seiner Stirnfläche ein magnetisches Lineal erhält, das sich an die auswechselbare
Wälzscheibe anlegt. Dieser SChlitten erhält an seiner Stirnfläche Dauermagnete,
die das aus zwei Stahlbrücken und einer Messingzwischenlage zusammengesetzte Lineal
tragen. Das Lineal stellt mithin einen permanenten Magneten dar, so daß es förmlich
an der Wälzscheibe klebt, und bringt somit ohne jede Druckbelastung bei geradliniger
Bewegung den Dorn mit der Wälzscheibe in Drehung. Dies geschieht ohne jeden Schlupf,
da die magnetischen Kräfte im Massenumkehrpunkt als Bremse wirken.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Prüfgerätes gemäß
der Erfindung dargestellt. und zwar zeigt Fig. @ die Seitenansicht, Fig. 2 die Vorderansicht,
Fig. 3 den Linealschlitten in Seitenansicht.
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Fig. 4 die Draufsicht nach Fig. 3, Fig. 5 eine Einzelheit, Fig. 6
bis 8 das Prüfbild bei der punktförmigen Evolventenprüfung, Fig. 9 bis 13 das Prüfbild
bei tangentialer Abwickelung der Evolvente, Fig. 14 und 15 das prüfbild zur Messung
der Zahndicke, Zahnlücke, Teilung und Rundlauf, Fig. I6 ein Hilfsgerät zur Anwendung
des Teilungsvergleichsverfahrens und Fig. 17 und 18 ein Hilfsgerät zum Prüfen der
Zahnrichtungsfehler.
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Auf dem Grundgestell 1 rollt in bekannter Weise auf besonderen Führungsbahnen
in Längsrichtung ein Meßwagen 2 (Fig. 1 und 2). Auf dem Meßwagen gleitet in Rollenführung
quer zu den Führungsbahnen ein Querschlitten 3. Diese beiden Schlitten sind mittels
Grob- und Feintrieb 4 und 4a über Zahnstangen verstellbar. In das Grundge,stell
1 ist ein Genauigkeitsmaßstab 5 eingebaut. Durch eine Zwischenoptik 6 und eine besondere
Beleuchtung 7 wird die Millimeterteilung des Maßstabes in einem Ablesemikroskop
8 sichtbar. Durch ein Feinmeßokular 9 ist je 1 mm der Maßstabteilung in 1/10 bis
1/100 und t/sooo mm aufgegliedert. Das Ablesemikroskop 8 sitzt in einem Halter 10,
der auf den Meßwagen 2 aufgebaut ist. Betätigt man den Trieb 4a des Meßwagens, so
gleitet die Optik an dem fest eingebauten Maßstab 5 entlang, wodurch die Längendifferenzen
auf 1/1000 mm genau festzustellen sind. Eine gleiche zweite Optik 8a und 90 mit
Ständer 100 ist rechts auf dem Meßwagen angebracht (Fig. 2). Bei Tätigung des Triebes
4 wird der Querschlitten 3 mit dem seitlich ausgebauten Glasmaßstab 50 verschoben.
Die Millimeterteilung dieses Maßstabes wird in der zweiten Optik 6a, 8a und 90 abgebildet
und aufgegliedert. Somit ist eine zweidimensionale Maßebene geschaffen. Der Quer-
schlitten
3 trägt einen Ständer 11 an dem ein Schlitten 12 mit Haltearm senkrecht verschiebbar
ist. An dem Haltearm ist ein Einstellmikroskop 13 mit Revolverstrichplatte befestigt.
Ein Goniometerokular 14 mit Spezialstrichkreuz gestattet jede Winkeleinstellung
von o bis 360°. Die Ablesegenauigkeit beträgt 1 Minute. Mit dem Einstellmikroskop
13 lassen sich nunmehr Meßpunkte festlegen.
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Gemäß der Erfindung ist nun auf dem Vorderteil des Grundgestelles
1 mittig ein optischer Drehtisch 15 aufgebaut. Seine Planscheibe I6 ist durch Grob-und
Feinstelltrieb drehbar. In dem angebauten Okular 17 ist die Drehung einer beleuchteten
Skala mit Nonins in 360°-Teilung ablesbar. Die Ablesegenauigkeit beträgt 1 Minute.
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In der Drehtischmitte sitzt eine Büchse 18, iII der eine genau laufende
Achse 19 gelagert ist. Oberhalb der Planscheibe I6 ist die Achse 19 zur Aufnahm
einer leicht auswechselbaren Wälzscheibe 20 ausgebildet. Auf der Planscheibe 16
ist eine Klemmeinrichtung 21 angebracht, die durch einen Knebel einen Bund I9 der
Achse 19 mit der Planscheibe fest verbinden und lösen kann. Bei gelöstem Knebel
dreht sich die Achse 19 ohne Planscheibe in der Lagerbüchse I8 und bei angezogenem
Knebel nur bei Betätigung des optischen Drehtisches.
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Unmittelbar über der Wälzscheibe 20 wird ein Haltearm 22 aufgeklemmt,
der auf einer Plattform 22a Aufnahme für eine Beleuchtung 23 bietet. Das obere Ende
der Achse trägt eine auswechselbare Körnerspitze 24. Unterhalb dieser Körnerspitze
ist eine Hülse mit Fadenkreuzplatte 25 zur Mittenfixierung des Mikroskops 13 angeordnet.
Die Strichplatte 25 wird mit einer Glühbirne 250 durch die Bohrung der Achse 19
beleuchtet. Links des Drehtisches (s. Fig. 2) befindet sich ein Ständer 26 mit senkrecht
geführtem Schlitten 27. Der Schlitten wird durch einen Zahnstangentrieb und Federspannung
getätigt. Die in einem Arm des Schlittens 27 befestigte zweite Körnerspitze 28 ist
genau in Achsrichtung justiert. Somit kann zwischen den beiden Körnerspitzen 24
und 28 ein Dorn 29 mit einem Prüfling So (Zahnrad oder Schneidrad) aufgenommen werden.
Ein Mitnehmer 31 läßt sich in dem Haltearm 22 spielfrei lagern.
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Um das Wälzverfahren in gleicher Weise auf dem Meßgerät wie auf der
Werkzeugmaschine verwirklichen zu können, ist es erforderlich, daß ein Lineal 32,
angebracht am Längsschlitten 2, die Wälzscheibe 20 ill Drehung setzt (Fig. 1). Je
nach Größe der Wälzscheibe ist das Lineal in Richtung des Querschlittens 3 verstellbar.
Der Anpreßdruck zwischen Lineal und Wälzscheibe ist maßgebend für eine schlupffreie
Abwicklung. Die Druckkräfte beeinflussen jedoch das Meßgerät bzw. die Meßgenauigkeit
keinesfalls günstig. Aus diesem Grund wird gemäß der Erfindung eine Ausführung vorgeschlagen,
bei der die Rückwirkung der Kräfte auf das Meßgerät restlos beseitigt sind. in Fig.
3 und 4 ist der Längsschlitten 2 des Meßgerätes mit Querschlitten 3 und Mikroskopständer
11 angedeutet. In eine brückenförmige Aussparung zwischen Längsschlitten 2 und Querschlitten
3 ist ein weiterer Schlitten 33 eingebaut. Die Schlittenführungen sind in Kugelbahnen
34 ausgeführt, so daß ein leichter Lauf ohne Spiel gewährleistet ist.
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Auf den Schlitten 33 ist ein Wlagnethalter3s aus Nichteisenmetall
aufgeschraubt, der z. B. drei Dauermagneten 36, 37 und 38 trägt. Vor diesen Magneten
liegt das Lineal, das aus zwei dünnen Stahlbrücken 39 und o besteht, zwischen denen
in der Mitte eine Messingeinlage 41 angeordnet ist.
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Der mittlere Magnet 37 lagert in einem Messingzylinderbolzen 42. Das
eine Ende des Zylinderbolzens ist als Rändelbund 43 ausgebildet und tritt segmentartig
aus seiner Fassung. Der Zylinderbolzen kann mittels des Rändelbundes 43 in seiner
Lagerstelle gedreht werden. Hierdurch wird dieser Magnet gewendet und so die Wirkung
der beiden benachbarten Magnetschuhe so stark geschwächt, daß das Lineal mühelos
von der Wälzscheibe 20 gelöst werden kann.
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Die Wälzscheibe 20 besteht zweckmäßig aus Kunststoff oder Nichteisenmetall
mit einem Stahlring 44. Führt man also den Schlitten 33 mit seinem Lineal gegen
den Rand der Wälzscheibe 20 und wendet den mittleren Magneten durch Drehen des Rändelbundes
43 auf Plus. so hängt sich das Lineal an den Stahlring 44 der ÄVälzscheibe 20. Die
von den drei Magneten ausgehenden Kraftlinien gehen über das Lineal durch den Stahlring
vom Nordzum Südpol der SIagneten und bewirken so ein starkes Anhaften des Lineals
am Stahlring 44. Auf diese Art bleiben die Kräfte ohne Auswirkung auf das Meßgerät.
Bei Tätigung des Längsschlittens 2 wird das Lineal an der Wälzscheibe vorbeigezogen,
wodurch letztere in Drehung versetzt wird. Die Kraftlinien treten in jedem Augenblick
an einer anderen Stelle durch den Stahl ring 44. Im Ablauf werden die Kraftlinien
auseinandergerissen und im Auflauf auf das Linieal geschlossen. Hierdurch ist ein
Schlupf. der praktisch eine Drehung der Scheibe. am stillstehenden Lineal bedeutet.
nur unter besonderem Kraftaufwand möglich.
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Mit einem solchen Gerät kann man nun beispielsweise folgende Messungen
vornehmen: I. Punktförmige optische Evolventenprüfung im Wälzverfahren Wesentlich
für die optische Messung ist, daß alle Messungen von der Drehachsenmitte des Prüflings
ausgehen. Dirigiert man die beiden Meßschlitten 2 und 3 längs und quer so. daß das
Ablesemikroskop 13, 14 über die Drehachse zu stehen kommt, so liann man das Fadenkreuz
des Ablesemikroskops 13 mit dem Fadenkreuz 25 der Achs'e zur Deckung bringen.
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Zuvor ist die eingesetzte Körnerspitze 24 zu entfernen. Dreht man
nun die Achse 19 des Meßgerätes in ihrer Büchse I8, so kann man gleichzeitig den
Rundlauf des Achsfadenkreuzes kontrollieren.
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Diese Fixierung des Einstellmikroskops wird an den beiden fest angebauten
Maßstäben 5 für Längsverschiebung und 50 für Querverschiebung festgelegt. Die Feinmeßokulare
9 und 90 gestatten eine
Maßstabfixierung auf den Wert Null, d. h.
in der Achsmittenstellung haben beide Maßstäbe den Wert o mm. Der Quermaßstab hat
eine Ausladung von o bis 200 mm und der Längsmaßstab nach rechts und links von je
100 mm. Dadurch gestaltet sich die. Maßstabablesung sehr einfach. Die so eingestellten
Grundzahlen o sind bei allen Messungen Ausgangspunkt. Soll beispielsweise das Ablese-
oder Einstellmikroskop auf Grund- oder Teilkreisradius eingestellt werden, so wird
an der Grob- und Feineinstellung 4 der Querschlitten so weit. ausgefahren, bis die
gewünschte Zahl im Feinmeßokular 9a erscheint. Dabei bleibt der Längsschlitten in
seiner fixierten Mittenstellung Null. Die Richtigkeit seiner Einstellung ist an
der Grundzahl o immer wieder kontrollierbar..
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Die eigentliche punktförmige optische Evolventenprüfung gestaltet
sich nun. folgendermaßen: Der Pfüfling 30, Zahnrad oder Schneidrad, ist auf dem
genau rundlaufenden Spanndorn 29 aufgenommen. Zwischen den beiden Körnerspitzen
24 und 28 wird der Spanndorn 29 eingesetzt (Fig. 1 und 2). Ein Mitnehmer 31 wird
mit seinem Kugelzapfen mit dem Halter 22 spielfrei gekuppelt. Bei gelöstem Knebel
der Klemmeinrichtung I6a auf der Planscheibe 16 des optischen Drehtisches läßt sich
die Werkstückachse 29 mit der gekuppelten Meßgerätachse spielend leicht drehen.
Das Einstellmikroskop 13 wird mit Querschlitten 3 so weit verschoben, bis im Ableseokular
9a der Grundkreishalbmesser rg als Zahlenwert erscheint. Nunmehr verstellt man senkrecht
den Schlitten 12 am Ständer II so weit, bis im Einstellmikroskop bzw. Goniometerokular
14 das Bild der Zahnflanke mit scharfen Konturen erscheint. Die zentrierte Strichplatte
trägt in der Zentrumsmitte einen kleinen Kreis oder zwei gegenüberliegende Pfeilmarken.
Die Klemmeinrichtung I6a ist angezogen und somit die Werkstückachse mit der Planscheibe
16 des optischen Drehtisches 15 verbunden. Durch die Feineinstellung des optischen
Drehtisches wird das Werkstück so lange gedreht, bis die Mittenmarkierung im Okular
14 die rechte oder linke Zahnflanke berührt bzw. auf Lichtspalt die Kreismarkierung
durchschneidet.
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In dieser Geräteinstellung wird das Magnetlineal 32 an die auf der
Drehachse 19 aufgesteckte als Wälzscheibe 20 Grundkreisscheibe geführt und eingeschaltet.
Nachdem die Klemmeinrichtung I6a gelöst ist, ist eine Kupplung zwischen Längs schlitten
2 und Drehachsen 19 hergestellt. Zieht man nun, je nach Einstellung der Zahnflanke,
den Längsschlitten 2 mittels der Grob- und Feineinstellung 4a nach rechts oder links,
so wandert die Mittenmarkierung im Goniometerokular 14 bei richtiger Eingriffswinkel
an dem Evolventenbogen entlang (Fig. 6 bis 8). Stimmt der EingriSswinkel nicht,
so läuft der Markierungspunkt bei zu großem Eingriffswinkel, also mit Plus, von
dem Evolventenbogen ab. Ist der Eingriffswinkel zu. klein, also Minus,' so läuft
der Markierungspunkt auf das Schattenbild der Zahnflanke. Der Markierungspunkt entspricht
dem Soll-Wert in jedem Augenblick der Evolventenstellung. Sein Wert ist am Längsmaßstab
ablesbar. Die dem Auge sichtbare Differenz bzw. Abweichung zum Soll-Wert steht in
Beziehung zum Ist-Eingriffswinkel. Eine direkte Umwertung ist nicht möglich. Aus
diesem Grund muß der Rechnungsweg über den Ist-Grundkreis vorgenommen werden. Dem
fehlerhaften Eingriffswinkel. entspricht ein fehlerhafter Grundkreis durchmesser.
Bezeichnet man die abgefahrene Strecke am Längsschlitten mit #-soll, so entspricht
dieser Wert dem Grundkreis rg-soll, #-ist entspricht dem Grundkreis rg-ist. So läßt
sich die Funktionsgleichung aufstellen: #-soll: rg-soll = #-ist: rg-ist; hieraus
folgt: rg-soll # #-ist #-soll #-ist = #-soll + f # rg-ist cos α-ist = r0 #-soll
und #-ist lassen sich am Längsmaßstab ablesen. rg-soll ist bekannt. Die Ablesung
geschieht folgendermaßen: Die Evolvente wird soweit wie möglich ausgefahren (s.
Fig. 6). Die Maßstabstellung wird im Okular 9 abgelesen. Die Ablesung entspricht
#-soll.
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Um #-ist messen zu können, muß die Kupplung des Magnetlineals 32 vom
Soll-Grundkreis 20 gelöst werden. Es muß also die Stellung des Evolventenbogens
zum Wert #-soll erhalten bleiben. Zu diesem Zweck zieht man den Knebel der Klemmeinrichtung
I6e fest und löst dann das Lineal 32 von der Grundkreisscheibe. Nunmehr fährt man
die Strichplattenmarkierung auf den Evolventen-Istpunkt und erhält am Maßstab direkt
den Wert #-ist. Bei zu großem Eingriffswinkel ergibt sich für #-ist ein kleinerer
Wert als #-soll (Lichtspalt zwischen Strichkreuzmarke und Evolvente). Aus der Gleichung
ist ersichtlich, daß damit der Grundkreis rg-ist kleiner wird. Bei zu kleinem. Eingriffswinkel
wird #-ist größer als #-soll, und es ergeben sich umgekehrte Verhältnisse. Damit
ist rg-ist bestimmt und cos a nach Gleichung b zu errechnen.
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2. Evolventenprüfung in der Nachbildung des Herstellungsverfahrens
Wesentlich einfacher als die punktförmige optische Evolventenprüfung ist die tangentiale
Linienabwicklung der Evolvente. Sie entspricht der Nachbildung des Herstellungsverfahrens
in Wälzbewegung mit geradflankigen Werkzeugen (s. Fig. 9 bis 13). In Fig. 11 ist
eine Schleifscheibe mit Zahnstangenprofil in der Lücke eines Zahnkranzes gezeichnet.
Rechte und linke Zahnflanke werden in der Wälzbewegung geschliffen. Als Wälzscheibendurchmesser
wird bei diesem Verfahren der Teilkreis durchmesser benutzt. Dann entspricht der
Flankenwinkel des Werkzeuges dem Eingriffswinkel.
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Zur Nachbildung. der erzeugenden Flankenlinie bedient man sich des
Goniometerokulars 14. Es ge-
stattet eine Drehung des Fadenkreuzes
um 360° und eine Ablesung mit Minutengenauigkeit. Für die Wälzscheibe 20 wird der
Durchmesser des Teilkreises benutzt. Die Nachbildung der Erzeugung auf dem Meßgerät
geschieht wie folgt: Der Längsschlitten 2 ist in Nullstellung zu fahren.
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Der Querschlitten 3 und damit das Einstellmikroskop 13, 14 wird auf
den Teilkreishalbmesser r0 eingestellt. Die Gerätachse 19 mit Spanndorn 29 ist über
Mitnehmer und Halter 31 und 22 durch Klemmeinrichtung 21 mit dem optischen Drehtisch
15, 16 zu kuppeln. Nachdem das Einstellmikroskop 13, 14 in Objektscharfstellung
gebracht ist, wird die Lückenmitte gesucht. Zu diesem Zweck wird das Fadenkreuz
im Goniometer 14 beispielsweise auf 20° eingestellt und durch Drehung der Feinstellschraube
am optischen Drehtisch I5 die gleichgeneigte Zahnflanke zum Anliegen gebracht.
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Die Winkel stellung am optischen Drehtisch ist zu notieren. Darauf
ist das Fadenkreuz nach der entgegengesetzten Richtung um 20° zu schwenken und die
andere Zahnflanke anzulegen. Die Hälfte der abgelesenen Winkeldifferenz am optischen
Drehtisch ergibt die Lückenmitte. Man erreicht die gleiche Mitteneinstellung mit
einer Winkelstrichplatte 55°. Man dreht einfach das Werkstück so lange, bis beide
Flanken die Winkelschenkel gleichmäßig berühren. Damit ist die Mittenstellung fixiert.
Benutzt man nun wieder das drehbare Strichkreuz des Goniometers und stellt den Winkel
α-soll ein, so steht das Strichkreuz auf Lückenmitte.
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Durch eine Seitenverschiebung des Meßschlittens 2 erreicht man die
Linienberührung an derZihnflanke (s. Fig. t2 und 13). Damit ist die Nachbildung
nach Fig. 11 erreicht. Ein Unterschied besteht nur darin, daß die rechte und linke
Flanke einzeln nachgebildet werden. In dieser Stellung ist die Kupplung zwischen
dem Lineal und der Wälzscheibe durchzuführen. Der Meßschlitten führt jetzt die lineare
Werkzeugbewegung aus. Die Evolvente wälzt sich, sofern der Winkel α-soll vorliegt,
mit gleicher Linienberührung ab. Ist der Eingriffswinkel am Prüfling zu groß, läuft
die Evolvente am Zahnkopf von der Linienberührung ab, es entsteht ein Lichtspalt.
Bei zu kleinem Eingriffswinkel tritt die Evolvente auf das Schattenbild. Durch Winkelverstellung
im Goniometer und Wiederholung des Ablaufs hat man sehr schnell den Winkelfehler
eingekreist und in kürzester Zeit den genauen Eingriffswinkel ermittelt, d.h. der
Eingriffswinkel #-ist wird an der Winkelteilung des Goniometers 14 direkt abgelesen.
Gleiches auf die zweite Flanke angewandt, ergibt ohne Umrechnung ein klares Bild
über beide Zahnflanken und damit eine Kontrolle über die Erzeugung in der Werkstatt.
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3. Evolventenprüfung nach 2 auf die Schneidradfertigung angewandt
Vorbeschriebene Meßmethoden lassen sich vornehmlich bei der Schneidradfertigung
anwenden.
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Das Schneidrad hat Freiwinkel, wodurch die Evolventenform korregiert
vorliegt. Der Brust- oder Schnittwinkel, mit seiner erzeugenden Schnittkante 5 %
geneigt. verlängert das Zahnprofil. Es sind infolgedessen auch die Schnittkanten
als Verzahnung mit den bisherigen mechanischen Meßgeräten nicht positiv kontrollierbar.
Die Wiedergabe der Verzahnung oder Erzeugung auf das Werkstück liegt in der Projektion
der Schnittkanten. Da die beschriebene Optik nur die Projektion mißt, ist die Verzahnung
an einem Schneidrad mit größter Genauigkeit durchführbar. Die unter einem Winkel
liegenden Schnittkanten machen die mechanischen Meßgeräte unbrauchbar und wirken
sich bei der optisChen Messung besonders günstig aus. Es ist lediglich eine Optik
mit genügend großem Tiefenbereich zu verwenden, der durch den Schnittwinkel von
5° vom Zahnkopf zum Zahnfuß zur Auswirkung kommt.
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4. Prüfen der Eingriffsteilung Bekanntlich ist die Stirneingriffsteilung
die Entfernung von parallelen Tangenten an zwei aufeinanderfolgende Rechts-(Links-)
Flanken in einer Ebene senkrecht zur Achse. Die geforderte Lage zur Prüfung der
Eingriffsteilung ergibt sich automatisch bei der Evolventenprüfung. Wie aus Fig.
8 ersichtlich, ist lediglich der Prüfling in der Endstellung der Evolventenabwicklung
festzuhalten. d. h. mit der Klemmeinrichtung 21 zu arretieren und von der Meßschlittenbewegung
zu entkuppeln (Abheben des Leitlineals von der Grundsetheibe). In dieser Meßlage
liegen, wie gefordert. zwei Flanken parallel zur Achse. Somit kann die Meßstrecke
te durch Differenzmessnng am Maß stab genauestens ermittelt werden.
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5. Prüfen der Zahufornifehler Die Prüfung der Zabnformfehler erledigt
sich in der Prüfung der Evolvente. Bei der Abwicklung der Evolvente nimmt das beobachtende
Auge Unregelmäßigkeiten sofort wahr. Die mit 30facher Vergrößerung arbeitende Optik
läßt Bruchteile von 1/100 mm noch meßbar werden.
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6. Prüfen von Zahndicken, Zahnlücken, Teilung Aus Fig. 14 dürfte
ohne weiteres ersichtlich sein. daß Zahn dicke, Zahnlücke und Teilung einwandfrei
optisch zu prüfen sind. Es ist lediglich darauf zu achten, daß beispielsweise bei
der Prüfung derZahndicke der Zahn genau senkrecht auf der Achsmitte steht. Die Ausrichtung
erfolgt, wie bereits beschieben, mit Hilfe des optisChen Drehtisches (mit Meß marke
rechte Zahnßanke Drehbewegung anschlagen, linke Flanke anschlagen, aus Winkelmessung
Mitte an der Drehtischskala bestimmen).
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Ist die Zahnlage senkrecht zur Drehachse, so ist die Meßmarke im Ablesemikroskop
13. 14 an den Außendurchmesser zu legen und die bekannte Zahnkopfhöhe (Fig. 14)
von der Maßstabablesung abzuziehen. So ergibt sich durch Anlegen der Meßmarken an
die rechte und linke Zahnflanke am Längsmaßstab das maß S. Gegebenenfalls kann natürlich
auch der Teilkreisradius vom Nullpunkt direkt eingestellt werden, was bei Nullrädern
gleiche Werte ergeben müßte.
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- Es erübrigt sich, auf die Messung der Lücke bzw. Teilung t näher
einzugehen, da praktisch die gleiche Han : dhabung vorliegt.
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7. Prüfen der Teilungsfehler und des Rundlauffehlers Zur Prüfung
der Teilungsfehler wird die optische Teilscheibe und eine Strichmarke 55° benutzt.
Eine Zahnlücke richtet man senkrecht zur Achse. Die Strichplatte mit dem ss°-Winkel
ist so in die Lücke zu setzen, daß die beiden Winkelschenkel die rechte und linke
Zahnflanke berühren. Soli beispielsw9ise eine Verzahnung mit 30 Zähnen geprüft werden,
so ist die Grund- oder Anfangsstellung jeweils um 360/30 = 12° weiter zu teilen.
Teilungsfehler, Rundlauffehler und Lückenfehler können hier gemeinsam auftreten
und es ist nicht immer einfach, diese drei Werte. gesondert zu erfassen. Liegt weder
ein Teilungsfehler noch ein Rundlauf- oder Lückenweitenfehler vor, wird die Strichmarke
bei jeder Teilung die beiden Zahnflanken wie in der Anfangs stellung berühren. Liegt
beispielsweise'kein Teilungsfehler, jedoch ein Rundlauffehler vor, werden die beiden
Zahnflanken von Teilung zu Teilung gleichmäßig zu- oder abnehmend von der Strichmarke
55° abweichen. Trägt man eine solche stetig ansteigende oder abfallende Tendenz
durch Ausmessung mit dem Quersc'hlitten auf Millimeterpapier, so erhält man den
Ablauf- oder Schlagfehler. Bei Teilfehlern werden die Flanken sich mehr oder weniger
stark einseitig, eventuell sogar weChselseitig über die Winkelmarke schieben. Liegen
Lückenweitenfehler vor, so wird die Winkelmarke mehr oder weniger tief in die Lücke
eingreifen. Tritt hierbei ein stetes Ansteigen oder Abfallen der Maßeintragung ein,
so handelt es sich nicht um Lückenweitenfehler, sondern um einen Rundlauffehler.
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Man kann auch mit einem solchen Gerät in einfachster Weise das Teilungsvergleidhsverfahren
anwenden, bei dem bisher ein gegen Anschlag liegender Tastfinger mit einem beweglichen,
auf eine Meßuhr einwirkenden zweiten Tastfinger zus ammenwirkt.
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Die gleichen Messungen werden gemäß der Erfindung auf dem optischen
Prüfgerät mit Hilfe eines permanenten Magneten 45 als Anschlagfinger durchgeführt
(Fig. 16). In einer Führung 46 ist ein Bolzen 47 gelagert, -der einen Anschlag 48
trägt und durch eine Feder 49 belastet ist. Mit einem kleinen Hebel 50 ist der Bolzen
47 aus der Zahnung des Prüflings 30 zu ziehen.
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Der Anschlagfinger ist ein starrer Magnet 45 und zieht die Zahnflanke
mit immer gleicher Kraft an.
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Der Meßdruck wirkt sich in keiner Weise nachteilig auf das Gerät
aus, weil praktisch kein Gegendruck aufgefangen werden mulßl. Die bisher notwendige
Schnur und das Gegengewicht zur Erzeugung des Meßdruckes entfallen. Den beweglichen
Tastfinger und die Meßuhr ersetzt das Mikroskop. Der feste Tastfinger wird durch
den magnetischen ersetzt und fixiert die Stellung des Prüflings 30 in einer Zahnflanke.
Auf die benachbarte, gleichgerichtete Zahnflanke ist in Anfangsstellung eine Strichmarke
im Mikroskop eingestellt Ein Teilen von Zahn zu Zahn läßt im Mikroskop Differenzen
der Zahnteilungen genauestens verfolgen. Durch Drehen des Bolzens 47 um I80° können
sowohl die Teilfehler der rechten wie der linken Zahnflanke schnell ermittelt werden.
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Ausschlaggebend ist, daß zur Teilungsprüfung kein Sondermeßgerät erforderlich
ist und die neue Meßmethode eine Garantie für immer gleichen Meßdruck bietet.
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8. Prüfen der Zahurichtungsfehler Zur Erfassung der Zahnriclhtungsfehler
ist es erforderlich, ein mechanisches Hilfsgerät zu benutzen. Am Mikroskoptubus
wird ein Halter aufgeklemmt, der an einem Federdraht 51 eine kleine Kugel 52 trägt
(Fig. 17 und 18). Die Kugel ist auf den Objektabstand des Einstellmikroslkops abgestimmt.
Bewegt man das Einstellmikroskop senkrecht, so gleitet die Kugel 52 entlang der
Zahnflanke. Abweichungen der Zahnrichtung bewirken ein Abgleiten der Kugelprojektion
von dem Fadenbild im Okular 14.
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9. Das Perflektometerverfahren in Anwendung zum Zahnradprüfgerät
Das vorbeschriebene optische Zahnradprüfgerät läßt in der Prüfung von Zahnrädern
noch einen Mangel erkennen, der bei der Anwendung des Per flektometerverf ahrens
vermieden wird. Die bisherigen optischen Meßverfahren ergeben nämlich nur dann einwandfreie
Messungen, wenn das Werkstück mit scharfen Kanten angesprochen werden kann. Sind
beispielsweise anZahnrädern die Kanten gebrochen, wie dieses bei Schieberädern im
Automobil und Maschinenbau zutrifft, so ergeben sich unter der Optik flaue Bilder
und damit Unsicherheit der Meßergebnisse.
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Das Perfiektometerverfahren gestattet nun, FläChen optisch anzutasten.
Ein Projektions mikroskop und ein Beobachtungsmikroskop liegen sich in bestimmtem
Abstand gegenüber. Die beiden Optiken sind so zueinander abgestimmt, daß ihre Brennpunkte
ineinanderfallen. Im Projektionsmikroskop befindet sich eine Strichplatte, die durch
eine Glühbirne zur Projektion gelangt. Wird das Werkstück (Zahnrad) in die Mitte
des Strahlenbündels geführt, so wird die Projektion des Fadenbildes beispielsweise
an der Zahnflanke durch Spiegelung in das Beobachtnngsmikroskop abgeleitet. Im Beobachtungsmikroskop
erscheint also nicht wie ehedem ein Schattenbildausschnitt vom Werkstüelk, sondern
bei richtiger Einführung der spiegelnden Fläche das Projektionsbiid der Strichplatte.
Bei krummen oder gewölbten Flächen erscheint auch das projezierte Fadenbild mehr
oder weniger abgekrümmt. Der höchste Punkt des abgekrümmten Fadenbildes wird in
der Mitte des Doppelfadenkreuzes des -Beobachtungsmikroskops eingefangen. Benutzt
man in dieser Perflektometereinstellung das vorbeschriebene Zahnradprüfgerät beispielsweise
in Abwicklung der Evolvente, so bleibt hei richtigem Ringriffs'vinkel das Pro-
jektionsbild
während der Abwicklung im Doppelfadenhild. Die Erfassung der Fehler geschieht in
gleicher Weise wie bei der Normaloptik beschriehen.
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Das Perflektometerverfahren bietet auf rein optischer Basis in der
Prüfung des Zahnrichtungsfehlers noch einen Vorteil. Bewegt man die starr miteinander
verbundenen Mikroslkopobjektive in ihrer Höhenlage, so wandert das Projektionsbild
an der zu prüfenden Fläche entlang. Zahnrichtungsfehler werden sofort ein Abgleiten
des projezierten Fadenhildes aus dem Doppelkreuz im Beobachtungsmikroskop zur Folge
haben. Eine Ausmessung der Fehler dürfte an Hand der Maßstäbe keine Schwierigkeiten
bieten.