DE1926165A1 - Verfahren,Vorrichtung und Schaltungsanordnung zur Feststellung und Messung von Profilierungsfehlern,insbesondere in der Flankenprofilierung von Zahnradzaehnen - Google Patents

Verfahren,Vorrichtung und Schaltungsanordnung zur Feststellung und Messung von Profilierungsfehlern,insbesondere in der Flankenprofilierung von Zahnradzaehnen

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DE1926165A1 DE19691926165 DE1926165A DE1926165A1 DE 1926165 A1 DE1926165 A1 DE 1926165A1 DE 19691926165 DE19691926165 DE 19691926165 DE 1926165 A DE1926165 A DE 1926165A DE 1926165 A1 DE1926165 A1 DE 1926165A1
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Description

DR, RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH PATENTANWÄLTE
753 PFORZHEIM.
WESTLICHE 31 (AM LEOPOLDPLATZ» TEL.: (07231)24290
14.5.1969 I/K
Firma J. Goulder & Sons Limited, Kirkheaton, Huddersfield,
Yorkshire (Großbritannien)
Verfahren, Vorrichtung und Schaltungsanordnung zur Feststellung und Messung von Profilierungsfehlern, insbesondere in der Flankenprofilierung von ZahnradzähnenM
Die Erfindung bezieht sich, auf ein Verfahren, auf eine Vorrichtung und auf eine Schaltungsanordnung zur Feststellung und Messung von Profilierungsfehlern, insbesondere in der Flankenprofilierung von Zahnradzähnen.
Das Verfahren der Erfindung kennzeichnet sich, zur Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß der beweglich, angeordnete Profilfläehenträger - also beispielsweise das Zahnrad, dessen Zahnflanken auf Abweichungen von der berechneten IProfilgestalt untersucht werden soll - und ein in einer Blchtung beweglicher, der Meßfläehe anstehender Fühler durch eine auf einen der beiden Teile wirkende Kraft aufeinander gleitend verschoben werden und der Gleitweg des
009834/1180 - 2 ~
Fühlerkopfes auf der Meßfläehe mit der Strecke der Ortsveränderung des passiv verschobenen Teils verglichen wird. Die letztgenannte Strecke kann für ein theoretisch, richtiges Profil für einen gegebenen Gleitweg "berechnet werden. Abweichungen von diesem Sollwert ergeben dann den Prof ilierungsfehler.
Der Vergleich des Gleitwegs mit der Verschiebungsstrecke erfolgt am besten elektrisch· Bei einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung sind daher an dem Fühler und an dem Profilflächenträger Meßwandler angeordnet, welche die Ortsveränderungen dieser Teile in elektrische Werte umsetzen.
Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung "bestehen die Meßwandler aus Kondensatoren mit veränderbarer Belegungsdeckung, deren Kapazitätsänderungen den Blindwiderstand von mit Wechselstrom "betriebenen Schaltungsanordnungen, insbesondere Brückenschaltungen, ändern.
Bei einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung der Erfindung sind der !Fühler und der Prof ilflächenträgac mit Bastern ausgerüstet, aus denen über Photozellen bei der Bewegung der Teile Impulse erzeugt werden. In der Schaltungsanordnung wird dann die Zahl der bei der Verschiebung der
— 3 ~
009834/1180
- 3 -Teile erzeugten Impulse miteinander verglichen.
Die Zeichnung zeigt "beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens der Erfindung sowie eine Schaltungsanordnung.
In der Zeichnung ist
Fig. 1x eine perspektivische Ansicht einer Meßvorrichtung der Erfindung bei der Feststellung von Zahnflankenprofilfehlern an einem Zahnrad.
Pig. 21 eine Schaltungsanordnung zum Vergleich der in elektrische Werte umgewandelten Verschiebungsstrecken.
Pig. J>i die schematische Sarstellung einer zweiten, mit optischen Gittern arbeitenden Aueführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Pig. 4-j eine Kondensator-Einrichtung de* Meß wandlere für das Zahnrad) aufgeechnittiii und abgerollt und
Tig. 5» eine Einrichtung nach fig. 4 mit ausgebrochen*» Sing.
009834/HiO . 4 m
Die Heßvorrichtung nach Fig· 1 dieser Zeichnung ist an einer vertikalen Säule 1 "befestigt. Bin. Blocksclilitten 3 ist auf der an der Sattle 1 "befestigten Schiene 2 vertikal verschieblich, ein Blockschlitten 5 auf einer nicht dargestellten auf der Fläche 4 des Blockschlittens 3 befestigten Schiene horizontal. Der Blockschlitten 5 trägt einen Fühler 6, dessen als Schneide ausgebildeter Kopf 13 die Erofilfläche 16 des Zahns 15 des Zahnrads 9 berührt· Die Welle 10 des Zahnrads 9 ist zwischen die Lager 11 eingespannt und um die Achse 14-14 drehbar. Bie Lage der Zahnflanke 16 ist gegenüber dem Fühler 6 so eingerichtet, daß sich das Had 9 mi* der Welle 10 sowohl bei horizontaler (radial zum Zahnrad) wie auch bei vertikaler Bewegung (achsparallel zum Zahnrad) des Fühlers 6 um einen dem Weg des Fühlers proportialen Winkel dreht. Bei horizontaler Bewegung des Fühlers werden Evolventen-Fehler gemessen, bei vertikaler Bewegung Steigungsfehler·
Der Meßwandler 7 für eine vertikale Bewegung des Fühlers besteht aus einem am Blockschlitten 3 befestigten mit einer oder mehreren dreieckigen Metallbelegung(en) 30 versehenen Stift 7a aus Isoliermaterial, der mehr oder weniger tief in «in an der Säule 1 befestigtes metallisches Rohratück 7b eintaucht. Der Heßwandler 8 für die horizontale Bewegung dee Fühler· 6 be*teht «ntsprechend au* einem am Blockschlitttn
O(HMMU/11tO
befestigten teilweise metallisch belegten Isolierstift 8a, der in ein metallisches Rohrstück 8b eintaucht» welches am Blockschlitten 3 befestigt ist«
Der Meßwandler 12 für die Drehbewegung der Welle 10 besteht aus einer an der Welle 10 befestigten Scheibe 12a aus Isolierstoff, deren Außenmantel teilweise mit Hetall 31ä belegt ist und die innerhalb eines gleichachsigen, am Innenmantel gleichfalls teilweise mit Hetall 31b belegten festen Isolierstoff-Ringes 12b, angeordnet ist·
Alle drei Heßwandler 7» 8 und 12 sind somit elektrische Kondensatoren, deren Kapazität durch Änderung der Große der einander gegenüberstehenden Flächen geändert wird· Diese Kondensatoren sind als C^ (Heßwandler 12} und C2 (Heßwandler 7 bzw. 8) in die in Fig· 2 dargestellte Schaltungsanordnung eingefügt.
Die Schaltungsanordnung enthält den Transformator 17 Bit der Primärwicklung 18 und der Sekundärwicklung 21, die durch Mittelanzapfung in zwei in Beine liegende Teilwicklungen 21a und 21b unterteilt ist» in den Klemmen der Teilwicklungen 21a und 21b liegen die Stromkreis· 19 «ad 2O9 dl· die Kondensatoren O^ und O2 enthalten. In der beiden Btromkreiaen
ο ο · 114 ^i % ι i 0RKäWAt-
gemeinsamen* Zuleitung 22 zur Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators 17 liegt das Meßinstrument 25. Der das Meßinstrument 23 durchfließende Strom kann verstärkt und aufgezeichnet werden. Die Schaltungsanordnung ist dadurch eine Brückenschaltung. Die geometrische Form der Metallbeläge 30, 31a» 31b ist so gestaltet, daß sich die Kapazitäten der Meßwandler 7 (oder 8) und 12 proportional dem Weg bzw. Winkel ändern, den der Fühler 6 bzw. das Zahnrad 9 zurücklegen. Dementsprechend ändern auch die Kondensatoren C1 bzw. C2 in den Stromkreisen 19 und 20 ihren Blindwiderstand proportional diesen Wegen bzw. Winkeln.
C1 = K1 θ
θ ist der Winkel, um den sich das Zahnrad 9 bei einem Weg X des Fühlers 6 verstellt. K1 und K2 sind Konstanten.
Die Windungszahlen N1 und N2 der Teilwicklungen 21a und 21b müssen so gewählt werden, daß
K1 9 - K2 X
ist. Die Brücke 22 ist dann etromfrei und das Meßinstrument 23 zeigt keinen Ausschlag. Ist K die Windungszahl der Primärwicklung 18 des Traneforafators 17 und V1 die an die Primärseite des Transformators 17 angelegte Wechselspannung,
001134/1110 - 7 -
N1 so liegt am Kondensator CL die Spannung: N φ T und am
N
Kondensator CU die Spannung 2 . Vn, . Im Stromkreis 19
"p
JT
fließt ein Wechselstrom, der = 1 ,r . „ ist und
W~ T °wC P
N2
im Stromkreis 20 ein Wechselstrom, der - ^- . Vrj1 jwOp ist,
Ym steht dabei immer für V™ sin wt.
Es gelten dann die Gleichungen
Der Wert ^ kann theoretisch berechnet werden, die Konstanten K1 und K^ sind durch die Meßvrandler 7 bzw. 8 und Ί2 gegeben.
Hiernach sind die Windungszahl en N1 und N2 für die Teilwicklungen 21a und 21b zahlenmäßig festgelegt. Sie müssen natürlich ganze Zahlen sein.
Solange dann bei der praktisch durchgeführten Messung.das
009834/1180
Verhältnis des Weges X der Heßwandler 7 bzw. 8 zu dem Verstellwinkel θ des Zahnrades 9 mit dem durch die (Eheorie ermittelten Wert übereinstimmt, fließt im Brückenzweig 22 bzw. Meßinstrument 23 kein Strom.
Ist aber der Verstellwinkel des Zahnrades 9 bei einem Wege X des Fühlers 6 um/ 9 größer oder kleiner als es der (Theorie entspricht, so fließt durch den Brückenzweig 22 und das Meßinstrument 23 ein Wechselstrom von der Größe:
/ . V1 dw K1 </" 0 P
Dieser Strom kann verstärkt und aufgezeichnet werden.
Die beschriebenen kapazitiven Meßwandler können durch induktive oder optisch mit Rastern und Photozellen arbeitende Meßwandler ersetzt werden. Eine mit beleuchteten Rastern arbeitende Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Wege und Winkel werden hier über beleuchtete Raster 24 bzw. 23 und Photozellen 29 in Impulsreihen verwandelt, die durch ganzzählige Multiplikation bzw. Division im Vervielfacher 25 bzw. Teiler 26 soweit in Übereinstimmung gebracht werden, daß sie sich im fehlerlosen'Zustand des Profils im
— 9 ·»
009834/1180
Komparator-Zählwerk 27 ausgleichen, während eine Differenz entsprechend einem Profilfehler im Gerät 28 aufgezeichnet wird.
Hat z.B. der Easter 23 des Meßwandlers 12 L1 Linien über 360° und der Easter 24- des Meßwandlers 7 bzw. 8 Lp Linien über seine Länge, so ergibt sich bei Drehung der Scheibe
12b um einen Winkel 0, also bei Auftreten eines Profilfehlers
360L1
eine Impulsreihe, die aus ~ impulsen besteht, während
die Impulsreihe, welche gleichzeitig bei der linearen Bewegung der Meßwandler 7 und 8 um den Weg X entsteht, LpX Impulse umfaßt.
Damit ^ 1 q s L2 X wird, wird die Impulszahl L2 X im 2 TT
Vervielfacher 25 mit der ganzen Zahl N1 multipliziert und
im Teiler 26 durch die ganze Zahl N2 dividiert. Die formel
lautet dann:
360 L1 L2 X N1
2 rr
360L1 β
2/τ L2 χ
Das Verhältnis 6 ergibt sich durch Berechnung aus der
Theorie, L1 und L2 sind bekannt, das Verhältnis jp ergibt
00983ΑΛ1180
- 10 -
sich dann aus der Formel.
Tritt ein Profilfehler auf, so ist er
560- L. θ
2 JT proportional.
Diese Information verläßt das Komparator-Zählwerk 27 und wird im Gerät 28 aufgezeichnet.
In den vorbeschriebenen Anordnungen war das Zahnrad 9 passiv "beweglich. Man kann die Anordnung aber auch kinematisch umkehren, d.h.; man kann das Zahnrad 9 aktiv drehen und den Fühler 6 passiv folgen lassen. Eine solche Anordnung ist besonders für die Fehlermessung von Schraubenzahnrädern mit steiler Steigung empfehlenswert.
Die Vorrichtung ist nicht nur zur Fehlermessung von Zahnrädern mit Evolventen-Profilen brauchbar, "sondern auch bei solchen mit konischen Flanken und ebenso wie für die Zähne von Zahnrädern auch für die Zähne von Zahnstangen.
Ebenso kann man auch Fehlermessungen von Nockenflanken damit vornehmen. Bei der Pröfilfehlermessung der Bthnflanken von Zahnstangen bewegt sich die Zahnstange in Richtung ihrer Längsachse oder auch schräg dazu parallel zu sich selbst. Die Zahnstange ist dabei natürlich mit einem linearen Meßwandler verbunden. Die Säule, an der die Meßwandler angebracht sind, kann auch Horizontal statt vertikal angeordnet sein. 00983A/11«

Claims (6)

  1. Patentansprüche:
    Verfahren- zur Feststellung und Messung von Profilierungsfehlern, insbesondere bei den Flanken von Zahnradz ahnen, dadurch gekennzeichnet, daß der beweglich angeordnete Profilflächen träger (9) und ein in einer Richtung über die Meßfläche (16) gleitend beweglicher Fühler (6) durch eine auf einen der beiden beweglichen Teile (9j 6) wirkende Kraft gemeinsam verschoben werden und der Gleitweg des Fühlers (6) auf der Fläche (16) mit der Strecke der Ortsveränderung des passiv verschobenen Teils verglichen wird, wobei die Abweichung der letzteren'von einem geometriHch berechenbaren Sollwert ein Maß des Profilierungsfehlers ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitweg des Fühlers (6) auf der Meßfläche
    (16) und die Ortsveränderung "des passiv verschobenen Teils in elektrische Werte gewandelt und in einer Brückenanördnung miteinander verglichen werden.
  3. 3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
    009834/1180
    - 12 -
    - 12 -
    nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet;, daß die Sekundärwicklung (21) eines Transformators (17) durch eine Mittelanzapfung in zwei in Reihe liegenden Teilwicklungen (21a, 21b) unterteilt ist, von denen jede zusammen mit dem Meßwandler (12, 7 "bzw. 8) des Fühlers (6) "bzw. des Profilflächen trägers (9) in einem Stromkreis (19> 20) liegt, die so abgeglichen sind, daß bei fehlerfreiem Profil in dem beiden Stromkreisen (19, 20) gemeinsamen Brückenzweig (22) kein Strom fließt.
  4. 4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 3»
    dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwandler (75 8) des Fühlers (6) und der Meßwandler (12) des Profilflächenträgers (9) Kondensatoren (7a, 7^5 8a, 8b; 12a, 12b) sind, deren Kapazität (C,., C2) sich proportional der Verstellung des Fühlers (6) bzw. Winkelverstellung des Profilflächenträgers (9) ändert.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (6) in zwei zueinander senkrechten
    Richtungen beweglich ist.
  6. 6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler
    (6) und der Profilflächenträger (9) beleuchtete Raster (23, 24)
    009834/1180
    tragen und die Bewegung der Teile (6, 9) über Photo ζ eil en (29) in Impulsreihen gewandelt wird, deren Zahl durch
    "Vervielfacher (25) und Teiler (26) so umgeformt wird, daß ein Komparator (27) bei fehlerfreiem Profil keine Impulse abgibt.
    009834/1180
    Leerseite
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