EP4308898A1 - Verfahren zum prüfen eines zahnrads mittels eines probeteils und probeteil sowie system - Google Patents

Verfahren zum prüfen eines zahnrads mittels eines probeteils und probeteil sowie system

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Publication number
EP4308898A1
EP4308898A1 EP22707153.7A EP22707153A EP4308898A1 EP 4308898 A1 EP4308898 A1 EP 4308898A1 EP 22707153 A EP22707153 A EP 22707153A EP 4308898 A1 EP4308898 A1 EP 4308898A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
area
gear wheel
test part
gear
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22707153.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Ganz
Christian Lauer
Pablo Barreiro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP4308898A1 publication Critical patent/EP4308898A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/021—Gearings

Definitions

  • the invention relates to a method for testing a gear wheel using a test part and test part as well as a system.
  • a transmission for a motor vehicle is known from DE 102010 033637 A1.
  • a gear wheel is known from DE 11 2014 002 237 T5.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a method in which cost-effective testing of a gear wheel is to be achieved.
  • the object is achieved with the method according to the features specified in claim 1 and with the sample part according to the features specified in claim 7 or 8 and with the system according to the features specified in claim 13.
  • the gear wheel has external teeth, in particular an involute external tooth system, wherein the gear wheel has a tooth gap arranged between two teeth of the toothing of the gear wheel, in particular those that are closest to one another in the circumferential direction, the test part, in particular analog test part, having a clamping area and a lever area, in particular where the gear wheel is tested, i.e. the tooth root load-bearing capacity on the gear wheel is tested by testing the test part instead of the gear wheel, i.e.
  • test part having a recess, in particular a recess designed as a depression, the shape of which corresponds to an area equal to the tooth gap, with the recess being arranged between the clamping area and the lever area,
  • a compressive force is applied in the lever area, in particular until the test part fails, and/or the test part is clamped at its clamping area and the lever area is subjected to a compressive force, in particular until the test part fails.
  • the advantage here is that only a small test part is required to check the tooth root load-carrying capacity of a much larger gear.
  • the sample part must have the same axial width as the gear wheel, only the image of a single tooth gap of the toothing of the gear wheel has to be executed in the sample part.
  • the extent of the gear measured perpendicular to the axial width is different on the sample part. Because this is selected in such a way that the stress curves of the gear wheel are the same as the stress curves of the sample part, especially in the area around the tooth gap. In this way, a cost-effective production of the test part is made possible and thus a costly test on a gear with a correspondingly large testing machine can be avoided.
  • the recess is designed to match the shape of the tooth gap, so that testing the sample part is equivalent to testing the gear wheel.
  • a recess in particular a recess designed as a depression, is formed on the sample part, which is formed depending on the toothing of the gear wheel to be tested, in that the shape of the recess is formed in such a way that it resembles the shape of a region of the tooth gap of the gear wheel.
  • the area includes the area from the smallest radial distance area of the tooth gap, in particular measured to the axis of rotation of the gear, up to a second radial distance area in which the tangent has an angle of more than 30° to the radial direction and/or to the plane of symmetry of the tooth gap.
  • the advantage here is that the tooth area, which is exposed to the highest load, is also shown on the sample part and can therefore be checked. Because that's where failure is to be expected. On the other hand, unloaded or less loaded areas of the gear do not all have to be shown on the sample part.
  • the amount of the compressive force exceeds a threshold value, so that the sample part is destroyed.
  • the test part is manufactured in such a way that it has the same material, the same structure, the same state of structure, the same oxide layer thickness on its surface, the same hardening depth profile, the same case hardening depth and/or the same residual stress depth profile as the gear.
  • Sample part represents an analogy sample. A test can thus be carried out on the test part, which has the same result as the test on the gear wheel.
  • the sample part and the gear wheel are each made of a cast material, in particular ADI.
  • ADI a cast material
  • the sample part and the gear wheel are each made of case-hardened steel, in particular bainite.
  • the advantage here is that a very high tooth root load capacity can be achieved.
  • the sample part and the gear wheel are each made of case-hardened steel, in particular martensite.
  • case-hardened steel in particular martensite.
  • test part has a clamping area and a lever area, wherein the test part has a surface area between the clamping area and the lever area, the shape of which is, in particular, a cross section and/or sectional structure with a plane that has a normal vector that has an in particular non-vanishing, one-dimensional and/or rectilinear intersection with the surface area, resembles a section of an involute, in particular the involute adjoining the lever area in its end area, in particular the upper end area, and/or at its other end area, in particular the lower end area, adjoins the clamping area.
  • the toothing of the gear is an involute toothing and thus the tooth flanks each have a section of an involute.
  • the associated tooth gap thus has two of these sections, which are symmetrical to the plane of symmetry Tooth gaps are arranged. At least one of these sections is provided as a surface area on the sample part between the clamping area and the lever area where the highest load occurs after the compressive force has been introduced.
  • test part in particular for carrying out an aforementioned method, according to the further claim are that the test part has a clamping area and a lever area, with a recess, in particular a recess designed as a recess arranged on the surface, between the clamping area and the holding area, wherein the recess is shaped to correspond to an area of a tooth gap and/or wherein the recess has a surface area whose shape, in particular cross-section, is equal to a section of an involute, in particular the area being mirror-symmetrical to a plane, in particular a plane of symmetry, is designed, in particular wherein the lever area extends at a non-vanishing angle, in particular at an angle between 20° and 50°, to the plane.
  • the advantage here is that the tooth gap of the gear wheel is formed on the sample part. Since the material of the test part and the gear wheel is as similar as possible, and the curves of physical variables characterizing the material, in particular the structure and the state of the structure, such as residual stress, case hardness and the like, are the same.
  • the clamping area has a greater width than the lever area, measured in particular in the direction normal to the cross-sectional plane.
  • the width of the sample differs from the radial thickness or extent of the gear.
  • the advantage here is that the width can be selected in such a way that the depth profiles of the residual stresses, the case hardness and the thickness of the oxide layer are the same as those depth profiles at the tooth gap of the gear wheel.
  • the axial width of the gear wheel is equal to a thickness of the sample part, in particular the thickness being measured in the direction normal to the plane which has a normal vector which has a non-vanishing, one-dimensional and/or rectilinear section structure with the surface area.
  • sample part can be used as an analogy sample for the tooth root load-carrying capacity test of the gear.
  • testing machine and specimen system Important features of the testing machine and specimen system are that the specimen is clamped between a base plate and a pressure plate of the testing machine, with the compressive force being applied to the specimen by a pressure head of the testing machine.
  • test part can be loaded by the testing machine acting as a loading machine and that the failure of the test part can be determined as a function of the amount of compressive force introduced into the test part by the testing machine.
  • FIG. 1 shows a sample part 1 in a side view.
  • FIG. 2 shows the sample part 1 in an oblique view.
  • FIG. 3 shows a cross section through a region of a testing machine.
  • a load test is carried out on a sample part 1 using the testing machine.
  • the sample part in particular an analogue sample part, is clamped between a base plate 31 and a clamping part 32 by tightening screws 33 on a first end region of the sample part 1.
  • a pressure force 4 is introduced into the test part 1 by a pressure head 30 .
  • lever-like shaped sample part 1 is loaded according to a lever.
  • the sample part 1 has a deeply machined recess 5, in particular an indentation, which is formed to resemble the tooth space of a gear wheel which is preferably toothed by means of involute toothing.
  • test part 1 If a threshold value of compressive force 4 is exceeded, the sample part 1 is destroyed, particularly in the area of the tooth gap.
  • the test part 1 particularly preferably fails in that area whose tangent has an angle of 30° to the plane of symmetry of the tooth gap.
  • This type of test according to the invention is particularly simple and inexpensive for gears with a module 10 and larger. Because with such gears, an extremely large testing machine would be necessary for a test directly on the gear, whereby the stiffness of the gear is so great that the testing machine is more likely to be the test object than the gear.
  • the gear wheel is preferably straight-toothed.
  • the cross section according to FIG. 1 thus corresponds to the projection of the sample part 1 in the sectional plane of FIG.
  • the distance between the tooth gap and the point at which the compressive force 4 is applied acts as a lever, since this distance is much larger than the distance between the tooth gap and the area in which the clamping is effective.
  • the plane of symmetry of the tooth gap has an angle to the lever which preferably equals the angle of the tangent on the pitch circle of the tooth of the gear wheel to the plane of symmetry of the tooth gap of the gear wheel adjoining the tooth.
  • sample part 1 in the plan view according to FIG. 1, ie perpendicular to the direction of applied compressive force 4 and parallel to the plane of symmetry of the tooth gap shown in sample part 1, is equal to the axial width of the gear.
  • the thickness of the lever perpendicular to the top view direction according to Figure 1, i.e. measured in the direction of the compressive force 4 introduced, is selected in such a way that the load in the area of the tooth gap, in particular at the tangent with the angle of 30° to the plane of symmetry of the tooth gap, which at the Tooth root load capacity test corresponds to the existing load.
  • the structure and the state of the structure of the test part 1 are also carried out in the same way as with the gear wheel.
  • the sample part 1 is made of the same material as the gear.
  • Case-hardened steel another type of steel, a cast material such as ADI, for example, is provided as the material for this purpose.
  • the thickness of the oxide layer on the surface of the sample part 1 in the area of the recess, in particular the tooth gap, and on the surface in the area of the tooth gap of the gear wheel are the same.
  • the depth profile of the hardness of sample part 1 is also the same as the depth profile of the gear wheel. The same applies to the residual stress depth curve and the case hardening depth.
  • both the gear and the sample 1 comprise bainite. Both are each made in one piece, ie in one piece.
  • both the gear and the sample 1 have martensite.
  • both the gear and the sample 1 have ADI.
  • the compressive force is periodically varied over time, with the amplitude increasing over time.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zum Prüfen eines Zahnrads mittels eines Probeteils und Probeteil, wobei das Zahnrad eine zwischen zwei Zähnen der Verzahnung des Zahnrads angeordnete Zahnlücke aufweist, wobei das Probeteil einen Klemmbereich und einen Hebelbereich aufweist, wobei das Probeteil eine Ausnehmung aufweist, deren Form einem Bereich der Zahnlücke gleicht, wobei die Ausnehmung zwischen dem Klemmbereich und dem Hebelbereich angeordnet ist, - wobei das Probeteil an seinem Klemmbereich festgeklemmt wird und in den Hebelbereich eine Druckkraft eingeleitet wird, - und/oder wobei das Probeteil an seinem Klemmbereich festgeklemmt wird und der Hebelbereich mit einer Druckkraft beaufschlagt wird.

Description

Verfahren zum Prüfen eines Zahnrads mittels eines Probeteils und Probeteil sowie System
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Zahnrads mittels eines Probeteils und Probeteil sowie System.
Es ist allgemein bekannt, dass bei einem Zahnrad die Zahnfußtragfähigkeit mit einer Prüfmaschine prüfbar ist, welche am Teilkreis eine Druckkraft derart einleitet, dass das Zahnrad versagt.
Aus der DE 102016224629 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ist ein Verzahnungsprüfstand bekannt.
Aus der DE 102016 005 868 A1 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung der Zahnradtragfähigkeit bekannt.
Aus der FR 2 994 739 A1 ist ebenfalls ein System zur Untersuchung der Zahnradtragfähigkeit bekannt.
Aus der DE 102010 033637 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt.
Aus der DE 11 2014 002 237 T5 ist ein Zahnrad bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren weiterzubilden, wobei eine kostengünstige Prüfung eines Zahnrades erreicht werden soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem Probeteil nach den in Anspruch 7 oder 8 und bei dem System nach den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Prüfen, insbesondere der Zahnfußtragfähigkeit, eines Zahnrads mittels eines Probeteils, insbesondere wobei das Zahnrad eine Außenverzahnung aufweist, insbesondere eine Evolventen-Außenverzahnung, wobei das Zahnrad eine zwischen zwei, insbesondere in Umfangsrichtung zueinander nächstbenachbarten, Zähnen der Verzahnung des Zahnrads angeordnete Zahnlücke aufweist, wobei das Probeteil, insbesondere Analogieprobeteil, einen Klemmbereich und einen Hebelbereich aufweist, insbesondere wobei das Zahnrad geprüft wird, also die Zahnfußtragfähigkeit am Zahnrad geprüft wird, indem statt des Zahnrads das Probeteil geprüft wird, insbesondere also mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, wobei das Probeteil eine Ausnehmung, insbesondere als Vertiefung ausgeführte Ausnehmung, aufweist, deren Form einem Bereich der Zahnlücke gleicht, wobei die Ausnehmung zwischen dem Klemmbereich und dem Hebelbereich angeordnet ist,
- wobei das Probeteil an seinem Klemmbereich festgeklemmt wird und in den
Hebelbereich eine Druckkraft eingeleitet wird, insbesondere bis zum Versagen des Probeteils, und/oder wobei das Probeteil an seinem Klemmbereich festgeklemmt wird und der Hebelbereich mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, insbesondere bis zum Versagen des Probeteils.
Von Vorteil ist dabei, dass nur ein kleines Probeteil notwendig ist, um die Zahnfußtragfähigkeit eines viel größeren Zahnrades zu prüfen. Zwar muss das Probeteil die selbe axiale Breite wie das Zahnrad aufweisen, jedoch muss nur das Abbild einer einzigen Zahnlücke der Verzahnung des Zahnrads im Probeteil ausgeführt werden. Die zur axialen Breite senkrecht vermessene Ausdehnung des Zahnrads ist aber am Probeteil unterschiedlich. Denn diese ist derart gewählt, dass die Spannungsverläufe des Zahnrads den Spannungsverläufen des Probeteils, insbesondere im Bereich um die Zahnlücke herum, gleichen. Auf diese Weise ist eine kostengünstige Herstellung des Probeteils ermöglicht und somit eine kostspielige Prüfung an einem Zahnrad mit einer entsprechend großen Prüfmaschine vermeidbar.
Durch den Hebelbereich ist sogar das Einleiten einer geringen Druckkraft ausreichend, da die das Drehmoment, welches aus der eingeleiteten Druckkraft und dem Abstand des Einleitpunktes zum Klemmbereich bestimmbar ist, ein viel größeres Drehmoment im Bereich der Zahnlücke bewirkt, weil der Abstand vom Klemmbereich zu Zahnlücke viel kleiner ist.
Erfindungsgemäß wird also die Ausnehmung passend zur Form der Zahnlücke ausgeführt, damit die Prüfung des Probeteils der Prüfung des Zahnrades gleichwertig ist. Insbesondere wird also am Probeteil eine Ausnehmung, insbesondere eine als Vertiefung ausgeführte Ausnehmung, ausgebildet, die abhängig von der Verzahnung des zu prüfenden Zahnrads ausgebildet wird, indem die Form der Ausnehmung derart ausgebildet wird, dass sie der Form einem Bereich der Zahnlücke des Zahnrads gleicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Bereich den vom kleinsten Radialabstandsbereich der Zahnlücke, insbesondere gemessen zur Drehachse des Zahnrads, bis zu einem zweiten Radialabstandsbereich, bei welchem die Tangente einen Winkel von mehr als 30° zur radialen Richtung und/oder zur Symmetrieebene der Zahnlücke aufweist.
Von Vorteil ist dabei, dass der Zahnbereich, welcher einer höchsten Belastung ausgesetzt ist, auch am Probeteil abgebildet und somit prüfbar ist. Denn dort ist ein Versagen zu erwarten. Unbelastete oder geringer belastete Bereiche des Zahnrads hingegen müssen nicht alle am Probeteil abgebildet sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überschreitet die Druckkraft betragsmäßig einen Schwellwert, so dass eine Zerstörung des Probeteils eintritt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Prüfung der Zahnfußtragfähigkeit ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Probeteil derart hergestellt, dass es dasselbe Material, dasselbe Gefüge, denselben Gefügezustand, dieselbe Oxidschichtdicke an seiner Oberfläche, denselben Härtetiefenverlauf, dieselbe Einsatzhärtetiefe und/oder denselben Eigenspannungstiefenverlauf wie das Zahnrad aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass das Probeteil eine Analogieprobe darstellt. Somit ist an dem Probeteil eine Prüfung ausführbar, die dasselbe Ergebnis aufweist wie die Prüfung am Zahnrad.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Probeteil und das Zahnrad jeweils aus einem Gussmaterial, insbesondere ADI, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr tragfähiges Material verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Probeteil und das Zahnrad jeweils aus Einsatzstahl, insbesondere aus Bainit, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine sehr hohe Zahnfußtragfähigkeit erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Probeteil und das Zahnrad jeweils aus Einsatzstahl, insbesondere aus Martensit, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein kostengünstiger Einsatzstahl verwendbar ist.
Wichtige Merkmale bei dem Probeteil nach Anspruch 7, insbesondere zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens, sind, dass das Probeteil einen Klemmbereich und einen Hebelbereich aufweist, wobei das Probeteil zwischen dem Klemmbereich und dem Hebelbereich einen Oberflächenbereich aufweist, dessen Form, insbesondere Querschnitt und/oder Schnittgebilde mit einer Ebene, die einen Normalenvektor aufweist, der ein insbesondere nichtverschwindendes, eindimensionales und/oder geradliniges Schnittgebilde mit dem Oberflächenbereich aufweist, einem Abschnitt einer Evolvente gleicht, insbesondere wobei die Evolvente an ihrem Endbereich, insbesondere oberen Endbereich, an den Hebelbereich angrenzt und/oder an ihrem anderen Endbereich, insbesondere unteren Endbereich, an den Klemmbereich angrenzt.
Von Vorteil ist dabei, dass die Verzahnung des Zahnrads eine Evolventenverzahnung ist und somit die Zahnflanken jeweils einen Abschnitt einer Evolvente aufweisen. Die zugehörige Zahnlücke weist also zwei dieser Abschnitte auf, welche symmetrisch zur Symmetrieebene der Zahnlücke angeordnet sind. Zumindest einer dieser Abschnitte wird als Oberflächenbereich am Probeteil dort zwischen Klemmbereich und Hebelbereich vorgesehen, wo nach Einleiten der Druckkraft die höchste Belastung auftritt.
Wichtige Merkmale bei der dem Probeteil nach Anspruch 8, insbesondere zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens, nach dem weiteren Anspruch sind, dass das Probeteil einen Klemmbereich und einen Hebelbereich aufweist, wobei eine Ausnehmung, insbesondere als an der Oberfläche angeordnete Vertiefung ausgeführte Ausnehmung, zwischen dem Klemmbereich und dem Haltebereich angeordnet ist, wobei die Ausnehmung einem Bereich einer Zahnlücke entsprechend ausgeformt ist und/oder wobei die Ausnehmung einen Oberflächenbereich aufweist, dessen Form, insbesondere Querschnitt, einem Abschnitt einer Evolvente gleich, insbesondere wobei der Bereich spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, insbesondere Symmetrieebene, ausgeführt ist, insbesondere wobei der Hebelbereich sich mit einem nichtverschwindenden Winkel, insbesondere einem Winkel zwischen 20° und 50°, zur Ebene erstreckt.
Von Vorteil ist dabei, dass am Probeteil die Zahnlücke des Zahnrads ausgeformt ist. Da auch das Material des Probeteils und des Zahnrads möglichst gleich ist sowie die das Material, insbesondere auch das Gefüge und der Gefügezustand, kennzeichnenden Verläufe physikalischer Größen, wie Eigenspannung, Einsatzhärte und dergleichen, gleich sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Klemmbereich eine größere Breite auf als der Hebelbereich, insbesondere in Richtung der Normale der Querschnittsebene gemessen. Von Vorteil ist dabei, dass eine stabile Klemmung ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung unterscheidet sich die Breite des Probeteils von der radialen Dicke oder Ausdehnung des Zahnrads. Von Vorteil ist dabei, dass dadurch die Breite derart wählbar ist, dass die Tiefenverläufe der Eigenspannungen, der Einsatzhärte und die Dicke der Oxidschicht denjenigen Tiefenverläufen an der Zahnlücke des Zahnrads gleichen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gleicht die axiale Breite des Zahnrads einer Dicke des Probeteils, insbesondere wobei die Dicke in Normalenrichtung der Ebene gemessen ist, die einen Normalenvektor aufweist, der ein insbesondere nichtverschwindendes, eindimensionales und/oder geradliniges Schnittgebilde mit dem Oberflächenbereich aufweist.
Von Vorteil ist dabei, dass das Probeteil als Analogieprobe für die Zahnfußtragfähigkeitsprüfung des Zahnrads verwendbar ist.
Wichtige Merkmale bei dem System aus einer Prüfmaschine und einem Probeteil sind, dass das Probeteil zwischen einer Grundplatte und einer Druckplatte der Prüfmaschine eingeklemmt ist, wobei die Druckkraft von einem Druckkopf der Prüfmaschine ins Probeteil eingeleitet wird.
Von Vorteil ist dabei, dass das Probeteil von der als Belastungsmaschine fungierenden Prüfmaschine belastbar ist und das vom Betrag der in das Probeteil von der Prüfmaschine eingeleiteten Druckkraft abhängige Versagen des Probeteils feststellbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein Probeteil 1 in Seitenansicht dargestellt.
In der Figur 2 ist das Probeteil 1 in Schrägansicht dargestellt.
In der Figur 3 ist ein Querschnitt durch einen Bereich einer Prüfmaschine dargestellt.
Wie in Figur 3 dargestellt, wird mittels der Prüfmaschine an einem Probeteil 1 eine Belastungsprüfung durchgeführt.
Hierzu wird das Probeteil 1, insbesondere Analogieprobeteil, zwischen einer Grundplatte 31 und einem Klemmteil 32 durch das Anziehen von Schrauben 33 an einem ersten Endberiech des Probeteils 1 eingeklemmt.
An dem anderen Endbereich des hebelartig ausgeformten Probeteils 1 wird von einem Druckkopf 30 eine Druckkraft 4 in das Probeteil 1 eingebracht.
Somit wird das hebelartig ausgeformte Probeteil 1 einem Hebel entsprechend belastet.
Das Probeteil 1 weist eine tief eingearbeitete Ausnehmung 5, insbesondere Vertiefung, auf, die der Zahnlücke eines vorzugsweise mittels Evolventenverzahnung verzahnten Zahnrads gleichend ausgeformt ist.
Bei Überschreiten eines Schwellwertes an Druckkraft 4 tritt eine Zerstörung des Probeteils 1 auf, insbesondere im Bereich der Zahnlücke. Besonders bevorzugt versagt das Probeteil 1 in demjenigen Bereich, dessen Tangente einen Winkel von 30° zur Symmetrieebene der Zahnlücke aufweist.
Die Klemmkraft 2 und entsprechend ihre Gegenkraft 3 sind betragsmäßig weitaus größer als dieser Schwellwert. Somit ist eine Zahnfußtragfähigkeitsprüfung an einem Zahnrad ersetzbar durch die Prüfung des Probeteils 1.
Diese erfindungsgemäße Art der Prüfung ist besonders einfach und kostengünstig für Zahnräder mit einem Modul 10 und größer. Denn bei solchen Zahnrädern wäre bei einer Prüfung direkt am Zahnrad eine extrem große Prüfmaschine notwendig, wobei die Steifigkeit des Zahnrads derart groß ist, dass eher die Prüfmaschine zum Prüfling wird als das Zahnrad.
Das Zahnrad ist vorzugsweise geradverzahnt ausgeführt. Somit gleicht der Querschnitt gemäß Figur 1 der Projektion des Probelteils 1 in die Schnittebene der Figur 1.
Am Probeteil 1 ist der Abstand zwischen der Zahnlücke und derjenigen Stelle, an welcher die Druckkraft 4 eingebracht wird, als Hebel wirksam, da dieser Abstand viel größer ist als der Abstand der Zahnlücke von demjenigen Bereich, in welchem die Klemmung wirksam ist.
Die Symmetrieebene der Zahnlücke weist einen Winkel zum Hebel auf, welcher vorzugsweise dem Winkel der Tangente am Teilkreis des Zahns des Zahnrades zur Symmetrieebene der an den Zahn angrenzenden Zahnlücke des Zahnrads gleicht.
Die Breite des Probeteils 1 in Draufsichtrichtung nach Figur 1, also senkrecht zur Richtung der eingebrachten Druckkraft 4 und parallel zur Symmetrieebene der ins Probeteil 1 abgebildeten Zahnlücke gleicht der axialen Breite des Zahnrads.
Die Dicke des Hebels senkrecht zur Draufsichtrichtung nach Figur 1, also in Richtung der eingebrachten Druckkraft 4 gemessen, ist derart gewählt, dass die Belastung im Bereich der Zahnlücke, insbesondere bei der Tangente mit dem Winkel von 30° zur Symmetrieebene der Zahnlücke, der bei der Zahnfußtragfähigkeitsprüfung vorhandenen Belastung entspricht.
Hierzu ist auch das Gefüge und der Gefügezustand des Probeteils 1 wie auch beim Zahnrad ausgeführt.
Insbesondere ist also das Probeteil 1 aus demselben Material ausgeführt wie das Zahnrad. Als Material ist hierzu beispielsweise Einsatzstahl, ein anderer Stahl, ein Gussmaterial, wie ADI, vorgesehen.
Die Dicke der Oxidschicht an der Oberfläche des Probeteils 1 im Beriech der Ausnehmung, insbesondere Zahnlücke, und an der Oberfläche im Bereich der Zahnlücke des Zahnrads sind gleich.
Der Tiefenverlauf der Härte des Probeteils 1 gleicht ebenfalls dem Tiefenverlauf des Zahnrads. Gleiches gilt auch für den Eigenspannungstiefenverlauf und die Einsatzhärtetiefe.
Vorzugsweise weisen sowohl das Zahnrad als auch das Probeteil 1 Bainit auf. Beide sind jeweils einstückig, also einteilig, ausgeführt.
Alternativ weisen sowohl das Zahnrad als auch das Probeteil 1 Martensit auf. In einer dritten Alternative weisen sowohl das Zahnrad als auch das Probeteil 1 ADI auf.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird die Druckkraft im Zeitverlauf periodisch variiert, wobei die Amplitude mit der Zeit ansteigt.
Bezugszeichenliste
1 Probeteil, insbesondere Analogieprobeteil 2 Klemmkraft
3 Gegenkraft
4 Druckkraft
5 Ausnehmung, insbesondere Vertiefung
30 Druckkopf zur Einbringung der Druckkraft 4 31 Grundplatte zur Einbringung der Gegenkraft 3
32 Klemmteil zur Einbringung der Klemmkraft 2
33 Schrauben

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Prüfen, insbesondere der Zahnfußtragfähigkeit, eines Zahnrads mittels eines Probeteils, insbesondere wobei das Zahnrad eine Außenverzahnung aufweist, insbesondere eine Evolventen-Außenverzahnung, wobei das Zahnrad eine zwischen zwei, insbesondere in Umfangsrichtung zueinander nächstbenachbarten, Zähnen der Verzahnung des Zahnrads angeordnete Zahnlücke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Probeteil, insbesondere Analogieprobeteil, einen Klemmbereich und einen Hebelbereich aufweist, insbesondere wobei das Zahnrad geprüft wird, also die Zahnfußtragfähigkeit am Zahnrad geprüft wird, indem statt des Zahnrads das Probeteil geprüft wird, insbesondere also mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, wobei das Probeteil eine Ausnehmung, insbesondere als Vertiefung ausgeführte Ausnehmung, aufweist, deren Form einem Bereich der Zahnlücke des Zahnrads gleicht, insbesondere wobei am Probeteil eine Ausnehmung, insbesondere eine als Vertiefung ausgeführte Ausnehmung, ausgebildet wird, die abhängig von der Verzahnung des zu prüfenden Zahnrads ausgebildet wird, indem die Form der Ausnehmung derart ausgebildet wird, dass sie der Form einem Bereich der Zahnlücke des Zahnrads gleicht, wobei die Ausnehmung zwischen dem Klemmbereich und dem Hebelbereich angeordnet ist, - wobei das Probeteil an seinem Klemmbereich festgeklemmt wird und in den
Hebelbereich eine Druckkraft eingeleitet wird, insbesondere bis zum Versagen des Probeteils, - und/oder wobei das Probeteil an seinem Klemmbereich festgeklemmt wird und der
Hebelbereich mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, insbesondere bis zum Versagen des Probeteils.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Zahnlücke des Zahnrads denjenigen Abschnitt der Zahnlücke des Zahnrads umfasst, welcher sich vom kleinsten Radialabstandsbereich der Zahnlücke, insbesondere gemessen zur Drehachse des Zahnrads, bis zu einem zweiten Radialabstandsbereich erstreckt, bei welchem die Tangente einen Winkel von mehr als 30° zur radialen Richtung und/oder zur Symmetrieebene der Zahnlücke aufweist, insbesondere wobei die Ausnehmung des Probeteils diesem Bereich entsprechend geformt ist.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft betragsmäßig einen Schwellwert überschreitet, so dass eine Zerstörung des Probeteils eintritt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Probeteil derart hergestellt wird, dass es dasselbe Material, dasselbe Gefüge, denselben Gefügezustand, dieselbe Oxidschichtdicke an seiner Oberfläche, denselben Härtetiefenverlauf, dieselbe Einsatzhärtetiefe und/oder denselben Eigenspannungstiefenverlauf wie das Zahnrad aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Probeteil und das Zahnrad jeweils aus einem Gussmaterial, insbesondere ADI, ausgeführt sind oder dass das Probeteil und das Zahnrad jeweils aus Einsatzstahl, insbesondere aus Bainit, ausgeführt sind oder dass das Probeteil und das Zahnrad jeweils aus Einsatzstahl, insbesondere aus Martensit, ausgeführt sind.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul der Außenverzahnung des Zahnrads größer als Zehn ist oder Zehn beträgt.
7. Probeteil, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Probeteil einen Klemmbereich und einen Hebelbereich aufweist, wobei das Probeteil zwischen dem Klemmbereich und dem Hebelbereich einen Oberflächenbereich aufweist, dessen Form, insbesondere Querschnitt und/oder Schnittgebilde mit einer Ebene, die einen Normalenvektor aufweist, der ein insbesondere nichtverschwindendes, eindimensionales und/oder geradliniges Schnittgebilde mit dem Oberflächenbereich aufweist, einem Abschnitt einer Evolvente gleicht, insbesondere wobei die Evolvente an ihrem Endbereich, insbesondere oberen Endbereich, an den Hebelbereich angrenzt und/oder an ihrem anderen Endbereich, insbesondere unteren Endbereich, an den Klemmbereich angrenzt.
8. Probeteil, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Probeteil einen Klemmbereich und einen Hebelbereich aufweist, wobei eine Ausnehmung, insbesondere als an der Oberfläche angeordnete Vertiefung ausgeführte Ausnehmung, zwischen dem Klemmbereich und dem Haltebereich angeordnet ist, wobei die Ausnehmung einem Bereich einer Zahnlücke entsprechend ausgeformt ist und/oder wobei die Ausnehmung einen Oberflächenbereich aufweist, dessen Form, insbesondere Querschnitt, einem Abschnitt einer Evolvente gleich, insbesondere wobei der Bereich spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, insbesondere Symmetrieebene, ausgeführt ist, insbesondere wobei der Hebelbereich sich mit einem nichtverschwindenden Winkel, insbesondere einem Winkel zwischen 20° und 50°, zur Ebene erstreckt.
9. Probeteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich eine größere Breite aufweist als der Hebelbereich, insbesondere in Richtung der Normale der Querschnittsebene gemessen.
10. Probeteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Probeteils sich unterscheidet von der radialen Dicke oder Ausdehnung des Zahnrads.
11. Probeteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite des Zahnrads einer Dicke des Probeteils gleicht, insbesondere wobei die Dicke in Normalenrichtung der Ebene gemessen ist, die einen Normalenvektor aufweist, der ein insbesondere nichtverschwindendes, eindimensionales und/oder geradliniges Schnittgebilde mit dem Oberflächenbereich aufweist.
12. Probeteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul der Verzahnung des Zahnrads größer als Zehn ist oder Zehn beträgt.
13. System aus einer Prüfmaschine und einem Probeteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Probeteil zwischen einer Grundplatte und einer Druckplatte der Prüfmaschine eingeklemmt ist, wobei die Druckkraft von einem Druckkopf der Prüfmaschine ins Probeteil eingeleitet wird.
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