DE19732124C2 - Verfahren zum Prüfen eines Zahnrades sowie einer Zahnstange und Vorrichtung zum Prüfen eines Zahnrades - Google Patents

Verfahren zum Prüfen eines Zahnrades sowie einer Zahnstange und Vorrichtung zum Prüfen eines Zahnrades

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Zahnrades gemäß Patentanspruch 1 bzw. 32, ein Verfahren zum Prüfen einer Zahnstange gemäß Patentanspruch 33 sowie eine Vorrichtung zum Prüfen eines Zahnrades gemäß Patentanspruch 37.
Es sind bereits Verfahren zum Prüfen von Zahnrädern bekannt, bei denen ein Zahnrad mittels eines Tastkopfes abgetastet wird, um die geometrische Form des Zahnrades bzw. der Zahnflanken zu bestimmen bzw. um Abweichungen von einer Sollform zu ermitteln. Ebenso sind bereits Verfahren zur Prüfung von Zahnrädern bekannt, bei denen ein erstes Zahnrad, das als Lehrzahnrad bezeichnet wird mit einem zu prüfenden zweiten Zahnrad kämmt (Einflanken- bzw. Zweiflanken- Wälzprüfung; vgl. z. B. Maag-Taschenbuch, 2. Auflage, Zürich 1985).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zum Prüfen von Zahnrädern bereitzustellen, bei dem ein erstes Zahnrad mit einem zu prüfenden zweiten Zahnrad kämmt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 32 gelöst. Die Lösung besteht im Prinzip darin, die ausgereiften Verfahren der Drehmomentmessung zur Prüfung von Zahnrädern anzuwenden. Diese Verfahren erlauben zum Teil eine sehr exakte Messung auch kleiner Drehmomente bzw. Drehmomentänderungen. Ein Vorteil besteht darin, dass durch die gezielte Auslegung beispielweise von torsionselastischen Wellen bzw. von elastischen Stegen, die Empfindlichkeit der Prüfvorrichtung an die jeweiligen Umstände bzw. Anforderungen angepasst werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Zahnräder unter unterschiedlicher Belastung geprüft werden können; es ist dadurch beispielweise möglich, Reibungswirkungen beim Kämmen der Zahnräder zu analysieren.
Aus DE-PS 348 708 ist es bekannt, wenigstens zwei Zahnräder miteinander kämmen zu lassen und mittels einer Meßvorrichtung L den Zahndruck beziehungsweise ein Drehmoment zu messen. Gegenstand dieser Entgegenhaltung ist jedoch nicht die gezielte Prüfung oder Untersuchung eines einzelnen Zahnrades sondern eines kompletten Getriebes als Ganzem. Die Messung mittels L dient auch nur zur Einstellung einer bestimmten Last eines "gewünschten Zahndrucks". Es ist insbesondere nicht beschrieben, das zu prüfende Zahnrad mit einem Lehrzahnrad kämmen zu lassen oder den Drehmomentverlauf zu analysieren beziehungsweise aufzuzeichnen, um hieraus Informationen über Eigenschaften des einzelnen zu prüfenden Zahnrads zu erhalten.
Die Erfindung beruht auf folgendem Zusammenhang: Wenn ein erstes Zahnrad ein zweites Zahnrad antreibt, dann berühren sich die beiden Zahnräder in wenigstens einem Punkt der Flanken zweier Zähne. Die Lage dieses Punktes relativ zu den beiden Drehachsen definiert jeweils einen Hebelarm. Eine Veränderung dieses Berührungspunktes, beispielsweise im Lauf des Weiterdrehens der Zahnräder, führt zu einer Veränderung des Hebelverhältnisses. Wenn das erste der Zahnräder mit einem bestimmten Drehmoment angetrieben oder gebremst wird, dann führt diese Veränderung des Hebelverhältnisses bei dem zweiten Zahnrad eventuell zu einem zeitlich veränderlichen Drehmoment, auch wenn das erste Drehmoment konstant ist.
Im allgemeinen sind die Zähne zweier miteinander kämmender Zahnräder derart gestaltet, daß das Übersetzungsverhältnis während des Abwälzens der Zahnflanken aufeinander konstant ist, obwohl sich der Berührungspunkt entlang der Flanken verschiebt. Daher sollte bei korrekt konstruierten und fehlerfrei hergestellten Zähnen keine Drehmomentschwankung zu beobachten sein.
Da durch die jeweiligen Herstellungsverfahren jedoch im allgemeinen unterschiedlich starke Abweichungen von der Idealform bedingt werden - beispielsweise lassen sich Kunststoffzahnräder durch Spritzguß nur mit gröberen Toleranzen wirtschaftlich herstellen - kann durch Messung der Drehmomentschwankungen die Qualität eines Zahnrades geprüft werden. Es ist gegebenfalls auch bereits während des Herstellungsvorgangs eines Zahnrades mittels zahnradförmigen oder zahnstangenförmigen Werkzeugen möglich, das Werkstück zu prüfen, so daß der Herstellungsvorgang bei Erreichen bestimmter Toleranzgrenzen beendet werden kann.
Die Erfindung geht aber auch von dem Gedanken aus, daß es möglich ist, das Lehrzahnrad gezielt so zu gestalten, daß sich die Übersetzungsverhältnisse während des Abwälzens der Zahnradflanken aufeinander ändern, so daß Drehmomentschwankungen auftreten. Aus dem zeitlichen Verlauf der Drehmomentschwankungen kann auf den Hebelarm und somit auf die Lage dieses wenigstens einen Berührungspunktes der beiden Flanken und damit auf geometrische Eigenschaften der Zähne zurückgeschlossen werden. Wenn die Form eines der beiden kämmenden Zahnräder bekannt ist, sind geometrische Eigenschaften des zweiten Zahnrades aus dem gemessenen Drehmomentverlauf berechenbar sein. Falls dahingegen die Formen beider Zahnräder bekannt sind, ist es möglich, den Drehmomentverlauf zu berechnen. Zum Prüfen eines Zahnrades könnte somit ein gemessener Drehmomentverlauf mit einem Soll- Drehmomentverlauf verglichen werden. Es kann aber beispielsweise auch der zeitliche Verlauf des Drehmoments einer Fourieranalyse unterzogen werden und das derart erhaltene Fourierspektrum analysiert oder mit Sollspektren oder Teilen davon verglichen werden. Es versteht sich, daß die Meßwertverarbeitung und Auswertung bzw. die Ermittlung eines Gütemaßes für das zu prüfende Zahnrad automatisiert mittels eines Computersystems durchgeführt werden können, an das die Meßvorrichtungen und Antriebs- bzw. Bremsvorrichtungen für die Zahnräder angeschlossen sind. Bei fehlerhaften Zahnrädern kann dieses Computersystem die Aussonderung des Zahnrades veranlassen.
Es sind jedoch auch andere Verfahren zur statistischen Analyse der Drehmomentschwankungen denkbar, beispielsweise die simple Berechnung der Standardabweichung.
In Fig. 1 sind die geometrischen Verhältnisse skizziert. Es sind zwei in einem Punkt P aneinander anliegende Zähne zweier Zahnräder dargestellt. Die Drehachse des einen Zahnrades verläuft durch den Punkt A, die des anderen Zahnrades durch den Punkt B. Die Normale N im Berührungspunkt P schneidet die Verbindungslinie AB im Wälzpunkt C und teilt die Strecke AB in zwei Abschnitte mit Längen ra und rb auf. Das Verhältnis ra/rb ist das Übersetzungsverhältnis bzw. Hebelverhältnis, das für die Drehmomentübertragung relevant ist. Drehmomentschwankungen sind durch eine Verlagerung des Punktes C auf der Linie AB bedingt. Aus der Drehmomentmessung läßt sich die Lage bzw. die Verschiebung dieses Punktes C erschließen.
Für einen Fachmann ist es ohne weiteres möglich, aus der Position des Berührungspunktes relativ zur Drehachse das Hebelverhältnis und damit das Drehmoment auf der Seite des in Richtung der Drehmomentübertragung stromabgelegenen Zahnrades zu bestimmen. Ebenso kann er hieraus ohne weiteres entsprechende Drehmomentänderungen infolge einer Positionsänderung ableiten. Gegebenenfalls kann es erforderlich sein, zusätzlich den Drehwinkel, das heißt die angulare Position eines der Zahnräder beziehungsweise einer Drehwelle auf der eines der Zahnräder befestigt ist, zu erfassen und in die Rechnungen einzubeziehen, da das Drehmoment primär Information über die radiale Position des Berührungspunktes liefert. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit ist dies jedoch nicht erforderlich, da in diesem Fall ein linearer Zusammenhang zwischen der momentanen Winkelstellung relativ zu einer Referenzposition und der Zeit besteht, die seit dem Passieren der Referenzposition vergangen ist. Es kann auch genügen, lediglich die Winkelgeschwindigkeit oder Drehbeschleunigung zu messen, da hieraus durch Integration eine Positionsinformation gewonnen werden kann. Die Winkelbeschleunigung könnte allerdings auch aus dem gemessenen Drehmoment abgeleitet werden, da Drehmomente, die größer als Reibungs- bzw. Bremsmomente sind zu Drehbeschleunigungen führen. Entsprechende Formeln werden hier nicht angegeben, da diese Zusammenhänge jedem Fachmann im Rahmen seines Fachwissens klar sind. Eine allgemeine Theorie der Zahnräder und der Zahnradgetriebe kann z. B. in K. Zirpke, Zahnräder, Leipzig 1989 gefunden werden.
Bei dem übertragenen Drehmoment kann es sich um ein sehr geringes Drehmoment handeln, das gerade ausreicht, um Lagerreibungen der Prüfanordnung zu überwinden. Es kann sich aber auch um ein wesentlich höheres Drehmoment handeln, um das bzw. die Zahnräder einer Prüfung unter Last zu unterziehen. Hierzu wird eines der Zahnräder einen bremsenden Mechanismus beispielsweise in Form eines Bremsdynamometers antreiben, bei dem eine Bremswirkung mechanisch (z. B. Pronyscher Zaum), elektrisch (z. B. Wirbelstrombremse, Antrieb eines Dynamos, etc.) oder hydrodynamisch erzeugt wird. Die Verwendung solcher Bremseinrichtungen gestattet es i. a., die Belastung, d. h. das Bremsmoment im Rahmen eines Testprogramms zu verändern, so daß die Zahnräder unter unterschiedlichen Belastungen geprüft werden können. Durch Messungen bei unterschiedlichen Lasten kann gegebenenfalls der Beitrag eines Reibungsmomentes ermittelt werden; da das Reibungsmoment durch Oberflächeneigenschaften der Zahnflanken beeinflußt wird, ist es somit möglich durch Drehmomentmessungen auch die Oberflächenqualität der Zahnflanken zu beurteilen.
Im Zuge der Drehmomentschwankungen werden natürlich auch periodische Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit auftreten, deren Frequenz höher ist als die Drehfrequenz des Zahnrades. Die niedrigste Frequenz dürfte gleich der Drehfrequenz des Zahnrades multipliziert mit der Zahl der Zähne sein. Wenn im Anspruch 9 davon die Rede ist, daß die Prüfung mit periodisch veränderlicher Winkelgeschwindigkeit erfolgt, so sind jedoch derartige vergleichsweise hochfrequente Schwankungen nicht gemeint, sondern vielmehr Schwankungen bzw. Veränderungen der Winkelgeschwindigkeit, die mit einer Periode erfolgen, die größer als die Periode dieser hochfrequenten Schwankungen ist.
Zu den Winkelgeschwindigkeitsschwankungen ist zu sagen, daß bereits Verfahren zum Prüfen von Zahnrädern bekannt sind, die derartige Winkelgeschwindigkeitschwankungen, d. h. insbesondere die damit verknüpften Drehbeschleunigungen auswerten (vgl. M. Weck et al., Industrie Anzeiger 89, 28 (1988)).
Das besondere des hier vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, erkannt zu haben, daß die Verlagerung des Berührungspunktes oder -bereichs der Zähne zweier kämmender Zahnräder relativ zur Drehachse Schwankungen des Drehmoments hervorrufen kann und daß es somit durch Einsatz herkömmlicher Verfahren zur Drehmomentmessung möglich ist, Informationen über die Geometrie bzw. Eigenschaften von Zahnrädern zu gewinnen.
Drehmomente können in vielfacher Weise gemessen werden. Dabei wird niemals unmittelbar das Drehmoment selbst gemessen. Vielmehr wird im allgemeinen eine bestimmte physikalische Größe gemessen und daraus das Drehmoment ermittelt. Häufig beruhen die Messungen darauf, daß das Drehmoment in einem drehmomentübertragenden Bauteil mechanische Spannungen bzw. elastische Verformungen und damit verknüpfte Längenänderungen bzw. Abstandsänderungen verursacht. Bei einer Welle führt dies dazu, daß die Welle tordiert wird, oder bei einem Speichenrad dazu, daß die Speichen sich verbiegen. Die Spannungen bzw. Verformungen können zum Beispiel magnetostriktiv (die Spannungen führen zu einer Änderung der magnetischen Suszeptibilität; vgl. DE 43 37 852 A1, DE 43 23 246 A1, DE 43 33 199 A1), mittels Dehnungsmeßstreifen (die Spannungen führen zu einer elektrischen Widerstandsänderung; vgl. DE 42 15 306 A1, DE 39 36 525 A1, DE 38 28 456 A1, DE 35 28 364 A1, DE-OS 22 24 215, DE 195 25 231 A1, DE 44 30 503 C1, DE 42 08 522 A1), induktiv (Längenänderungen oder Verschiebungen, d. h. Änderungen der Geometrie verändern die Induktivität von Spulenanordnungen; vgl. DE 40 04 590 A1, DE 196 08 740 A1, DE 43 29 199 A1, DE 41 37 647 A1, DE 40 12 480 A1, DE 39 18 862 A1, DE 38 26 141 A1), kapazitiv (Längenänderungen verändern die Kapazität von kondensatorartiger Anordnungen; vgl. DE 44 14 070 A1), mittels akustischer Oberflächenwellen (Spannungen ändern die Ausbreitungsgeschwindigkeit von elastischen Oberflächenwellen) oder über die Phasenverschiebung wenigstens zweier beispielsweise längs der Welle versetzter Markierungen gemessen werden (vgl. DE 36 19 408 C2, DE 35 09 763 C2). Diese Phasenverschiebung kann optisch (DE 41 05 120 C1) oder elektrisch erfaßt werden. Die Verdrehungen einer Welle können auch in axiale Verschiebungen umgesetzt werden (vgl. DE 43 23 960 A1, DE 41 10 280 A1, DE 40 14 521 A1), die dann mit Wegaufnehmern verschiedener Art gemessen werden können. Bei pendelnd gelagerten Bremsdynamometern bzw. Pendelmaschinen wird meist die von einem Hebelarm auf einen Kraftaufnehmer ausgeübte Kraft oder die Auslenkung gemessen (vgl. DE 40 29 361 C1, DE 195 27 062 A1, DE 30 06 310 C2). Wenn in dieser Beschreibung von Drehmomentmessung die Rede ist, so soll dies daher nicht bedeuten, daß explizit ein kalibrierter Wert für ein Drehmoment ermittelt wird. Vielmehr ist damit gemeint, daß eine durch ein übertragenes Drehmoment bewirkte Veränderung einer physikalischen Größe gemessen wird, wie dies oben erläutert wurde. Bei dieser Messung kann es sich aber auch um Größen handeln, die bei der Drehmomenterzeugung ein bestimmtes Drehmoment hervorrufen, wie beispielsweise Ströme bzw. Spannungen bzw. Phasenwinkel in Elektromotoren. Mit Messung des Drehmomentes sind also Messungen von Größen gemeint, die durch die oben erläuterten Drehmomentschwankungen beeinflußt werden, oder die erforderlich sind, um ein entsprechendes Drehmoment zu erzeugen, sei es ein antreibendes Drehmoment, beispielsweise eines Elektromotors, oder eines Bremsmomentes, beispielsweise in einer Wirbelstrombremse oder ähnlichem.
Wenn in dieser Beschreibung davon die Rede ist, daß ein Zahnrad angetrieben oder gebremst wird, so ist damit gemeint, daß es entweder mit einer ein Drehmoment erzeugenden Einrichtung wie einem Elektromotor oder mit einer eine Leistung verbrauchenden Einrichtung wie einer Wirbelstrombremse kraftschlüssig verbunden ist.
Wenn in dieser Beschreibung von einer torsionelastischen Welle die Rede ist, so sind damit auch Hohlwellen gemeint, selbst wenn deren Durchmesser größer als ihre Länge ist. Es sind auch solche Anordnungen gemeint, die wie bei der DE 43 23 960 A1 einen Abschnitt aufweisen, bei dem der Zylindermantel Durchbrüche aufweist, so daß speichenartige Strukturen vorhanden sind, die eine Torsion in eine axiale Bewegung umsetzen, die von Wegaufnehmern erfaßt werden kann. Ferner müssen die Wellen nicht einstückig ausgeführt sein; sie können z. B. aus torsionselastischen und eher starren bzw. torsionssteifen Teilen kraftschlüssig zusammengesetzt sein (vgl. DE 195 43 421 A1).
Wenn in dieser Beschreibung von einem Speichenrad (vgl. Anspruch 15) die Rede ist, so ist damit allgemein eine Vorrichtung gemeint, die einen zur Drehachse benachbarten, radial innen liegenden Bereich - eine Nabe - sowie einen radial außenliegenden Bereich aufweist, wobei diese beiden Bereiche mit elastisch biegbaren Stegen oder Speichen verbunden sind, auf die beispielsweise Dehnungsmeßstreifen aufgebracht sind, um ihre Verformung unter der Einwirkung eines Drehmomentes zu messen. Es ist jedoch auch möglich die durch ein Drehmoment bewirkte Verdrehung des inneren Teils relativ zum äußeren in anderer Form zu messen. Unter einem Speichenrad soll auch eine Vorrichtung verstanden werden, bei der der innere Bereich und der radial außen liegende Bereich durch einen anderen elastisch verformbaren Körper beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi verbunden sind. Wesentlich ist nur, daß eine relative Verdrehung beider Bereiche zueinander möglich ist (vgl. DE 44 30 503 C1, DE 43 33 199 A1, DE 42 08 522 A1, DE 40 14 521 A1, DE 37 36 983 A1, DE 37 32 675 A1, DE 37 26 148 A1). Es versteht sich auch, daß eines der Zahnräder selbst in dieser Weise ausgebildet sein kann.
Es ist auch möglich ein Drehmoment dadurch zu messen, daß die auf ein Lager ausgeübten Kräfte erfaßt werden; es kann sich hierbei sowohl um Lager handeln, die eine reibungsarme Rotation eines Bauteils erlauben, als auch um Lager im Sinne einer Halterung, die zur Halterung eines Bauteils dienen (vgl. DE 37 38 607 A1).
Es sind verschiedene Varianten der Durchführung des Verfahrens möglich. 1. Eines der Zahnräder wird mit einem konstanten Drehmoment angetrieben oder gebremst; in diesem Fall wird das an dem anderen Zahnrad anliegende Drehmoment gemessen. 2. Keines der Zahnräder wird mit konstantem Drehmoment angetrieben beziehungsweise gebremst; in diesem Fall wird im allgemeinen jeweils das an beiden Zahnrädern anliegende Drehmoment gemessen werden. 3. Eines der Zahnräder wird mit konstanter Winkelgeschwindigkeit angetrieben oder gebremst. 4. Eines der Zahnräder wird mit konstanter Leistung (dem Produkt aus Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit) angetrieben oder gebremst.
Das Verfahren ist nicht auf Stirnzahnräder beschränkt. Bei schrägverzahnten Zahnrädern oder Kegelzahnrädern wird zusätzlich zum Drehmoment um die Drehachse auch noch ein axialer Schub erzeugt. Zum Prüfen solcher Zahnräder kann es daher erforderlich sein, diese Kraft in axialer Richtung zu messen und den zeitlichen Verlauf einer äquivalenten Auswertung zu unterziehen beziehungsweise zusammen mit den Drehmomentmessungen auszuwerten. Diese Axialkraft kann beispielsweise mit einem Speichenrad, wie es in der DE 38 38 545 A1 beschrieben ist, gleichzeitig mit dem Drehmoment gemessen werden.
Infolge der endlichen Ausdehnung der Zahnräder in Richtung der Drehachse berühren sich die Flanken der kämmenden Zahnräder i. a. nicht nur in einem Punkt. Es ist jedoch möglich durch ein Lehrzahnrad wie es in Fig. 2 skizziert ist, einen punktförmigen Kontakt zu realisieren. Hierzu weist das Lehrzahnrad 1 Zähne auf, die die Form von Tastköpfen 2 haben. Eine mögliche Variante ist die in Fig. 2 dargestellte, bei der um eine Innennabe 3 herum in radialem Abstand auf einem zur Drehachse 4 konzentrischen Kreis 5 in drehsymmetrischer Weise kugelförmige Tastköpfe 2 angeordnet sind, die mit der Innennabe 3 durch Stege 6 verbunden sind. Die Form dieser Stege 6 ist beliebig, solange sie gewährleisten, daß sie nicht von den Zähnen des zu prüfenden Zahnrades berührt werden können und nur Berührungen zwischen dem kugelförmigen Tastkopf 2 und den Zahnflanken möglich sind. Die Tastköpfe 2 müssen natürlich nicht kugelförmig sein, sondern lediglich aufgrund ihrer Gestalt einen punktförmigen Kontakt gewährleisten. Durch einen solchen punktförmigen Kontakt werden die Zahnflanken nur entlang einer Linie abgetastet, die sich als Schnittlinie einer zur Drehachse senkrechten Ebene mit den Zahnoberflächen ergibt. Um das zu prüfende Zahnrad in axialer Richtung vollständig prüfen oder vermessen zu können ist es sinnvoll eine Vorrichtung vorzusehen, die es gestattet eines der beiden Zahnräder relativ in Richtung der Drehachse, d. h. axial, zu verschieben. Dadurch ist es möglich, die Zahnflanken nach und nach in axialer Richtung abzutasten. Bei einem derartigen Lehrzahnrad könnten Dehnungsmeßstreifen unmittelbar auf die Stege aufgebracht werden, um das übertragene Drehmoment zu messen. Dem Fachmann ist klar, daß ein solches Lehrzahnrad nicht nur für Prüfungen geeignet ist, bei denen ein Drehmoment gemessen wird.
In Fig. 3 ist eine einfaches Ausführungsbeispiel skizziert. Zwei Stirnzahnräder 1 und 2 mit Zahnbereichen 1a bzw. 2a sind jeweils auf einer Welle 3, 4 befestigt. Im Bereich 12 greifen die Zähne ineinander. Es ist hierbei unerheblich, welches der Zahnräder das zu prüfende ist. Die Zahnräder können natürlich ganz unterschiedlich geformt sein. Das Lehrzahnrad könnte auch sehr viel größer oder kleiner als das zu prüfende Zahnrad sein, so daß große Übersetzungsverhältnisse vorliegen. Eine der Wellen wird von einer Antriebsvorrichtung 5 angetrieben. An der anderen Welle kann eine Bremsvorrichtung 6 vorgesehen sein. Es ist unwichtig, an welcher Welle diese Vorrichtungen jeweils angebracht sind, so daß die Bezugszeichen 5, 6 in Fig. 3 auch vertauscht werden können. In Fig. 3 weist die Welle 4 einen torsionselastischen Abschnitt 7 auf, der hier nur beispielhaft als ein Abschnitt mit geringerem Durchmesser dargestellt ist. Ein von der Welle 4 übertragenes Drehmoment bewirkt eine Torsion dieses Abschnitts 7, so daß die Wellenabschnitte 4a und 4b sich relativ zueinander verdrehen. Zur Messung des Drehmomentes können bspw. die in dem Abschnitt 7 auftretenden Spannungen oder die relative Verdrehung der Wellenteile 4a, 4b erfaßt werden. Als Alternative ist in Fig. 3 auch ein Speichenrad 8 dargestellt. Der radial innen liegende Bereich 8a ist auf der Welle 4 befestigt und mit Speichen 9 mit dem radial außen liegenden Bereich 8b verbunden. Dieser Bereich 8b ist mit der Antriebs- oder Bremsvorrichtung 5 verbunden. Ein von dem Speichenrad übertragenes Drehmoment bewirkt eine Verbiegung der Speichen. Es können wiederum die in den Speichen auftretenden Spannungen bzw. Dehnungen oder die relative Verdrehung der Bereiche 8a, 8b zueinander erfaßt werden. Natürlich können die Drehmomente auch wie oben angesprochen an den bzw. durch die Antriebs- bzw. Bremsvorrichtungen 5 bzw. 6 selbst gemessen werden.
Bei einer interessanten Lösung des Problems wird die Torsion der Welle in eine axiale Verschiebung eines Bauteils bzw. eines Gebers umgesetzt. Durch geschickte Gestaltung dieses Mechanismus ist es möglich, eine vergleichsweise kleine Torsion in eine große axiale Verschiebung umzuwandeln. Hierbei wird also unmittelbar die Information über die Geometrie des Zahnrades bzw. die Ortsveränderung des Berührungspunktes der beiden Zähne relativ zur Drehachse in Form einer axialen Position des Gebers wiedergegeben. Die kleinen geometrischen Abweichungen der Zahnradform könnten so durch geschickte Gestaltung des Mechanismus in vergrößerte axiale Verschiebungen umgesetzt werden.
Es ist natürlich auch möglich, eines der Zahnräder durch eine Zahnstange zu ersetzen. In diesem Fall tritt hinsichtlich der Zahnstange anstelle der Winkelgeschwindigkeit eine lineare Geschwindigkeit und an die Stelle des Drehmomentes eine Kraft. Es ist sowohl möglich, Zahnräder mit Zahnstangen zu prüfen als auch Zahnstangen mit Zahnrädern zu prüfen. Es kann auch bereits während des Herstellungsvorgangs eines Zahnrades mittels eines zahnstangenförmigen Werkzeugs das an dem Zahnrad anliegende Drehmoment erfaßt werden; aufgrund dieses erfaßten Drehmomentverlaufs könnte bereits während des Herstellungsvorgangs beurteilt werden, ob ein bestimmter Toleranzbereich erreicht ist und daraufhin der Herstellungsvorgang beendet werden; diese Beurteilung kann zum Beispiel durch Vergleich mit einem Solldrehmomentverlauf erfolgen.

Claims (37)

1. Verfahren zum Prüfen eines Zahnrades, wobei
ein erstes, als Lehrzahnrad ausgebildetes Zahnrad mit einem zu prüfenden zweiten Zahnrad kämmt und hierbei
das an wenigstens einem der beiden Zahnräder anliegende Drehmoment erfasst wird und
der zeitliche Verlauf des erfassten Drehmoments einer Analyse unterzogen wird, um daraus Informationen über Eigenschaften des zu prüfenden Zahnrades abzuleiten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Drehmoment hervorgerufene elastische Verformungen oder dabei auftretende mechanische Spannungen, Verschiebungen oder Kräfte erfaßt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse des zeitlichen Verlaufs darin besteht, daß der zeitliche Verlauf mit einem vorgegebenen Verlauf zumindest teilweise verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fourieranalyse des gemessenen zeitlichen Verlaufs des Drehmoments durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Fourieranalyse erhaltene Spektrum mit einem vorgegebenen Spektrum verglichen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur Teile des Spektrums verglichen werden, beispielsweise die Amplituden bei einer bestimmten Anzahl von Frequenzen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zeitlichen Verlauf des Drehmoments zumindest ein Teil der geometrischen Form des Zahnrads oder ein Teil der Abweichungen von einer vorgegebenen Form bestimmt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Zahnräder während des Prüfens mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Zahnräder während des Prüfens mit periodisch veränderlicher Winkelgeschwindigkeit gedreht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Zahnräder zumindest zeitweise mit konstantem Drehmoment angetrieben oder abgebremst wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Zahnräder zumindest zeitweise mit konstanter Leistung angetrieben oder abgebremst wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Prüfens unterschiedliche Antriebsmomente und/oder Bremsmomente an die Zahnräder angelegt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das an wenigstens einem der Zahnräder anliegende Drehmoment an einer torsionselastischen Welle gemessen wird, die mit dem Zahnrad verbunden ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die torsionselastische Welle einen Abschnitt aufweist, der eine höhere Torsionselastizität aufweist, als der vergleichsweise torsionssteife Rest der Welle, so daß das anliegende Drehmoment in diesem Abschnitt eine höhere Torsion bewirkt als in dem Rest der Welle.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment an wenigstens einem Speichenrad gemessen wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment dadurch gemessen wird, daß das Drehmoment eine axiale Verschiebung eines Bauteils in Richtung der Drehachse bewirkt und diese Verschiebung mit wenigstens einem Wegaufnehmer erfaßt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment an wenigstens einer Vorrichtung gemessen wird, die wenigstens zwei in Richtung der Drehachse versetzte Flanschbauteile aufweist, die durch elastisch verformbare Stege oder einen elastisch verformbaren Zylinder verbunden sind.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment an einem der Lager gemessen wird, das entweder eine ein Zahnrad tragende Welle oder ein Zahnrad lagert.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Zahnräder an eine ein Bremsmoment erzeugende Vorrichtung angeschlossen ist und das Drehmoment an dieser Vorrichtung gemessen wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment sowohl auf der Seite des antreibenden als auch auf der Seite des angetriebenen Zahnrades gemessen wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Winkelposition wenigstens eines der Zahnräder gemessen wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Drehgeschwindigkeit wenigstens eines der Zahnräder gemessen wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment mittels Dehnungsmeßstreifen gemessen wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment mittels magnetostriktiver Effekte gemessen wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragene Drehmoment durch die Messung von Induktivitäten von Spulenanordnungen erfaßt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragene Drehmoment durch die Messung von Kapazitäten erfaßt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment durch die Erfassung der Phasenverschiebung zwischen wenigstens zwei Markierungen gemessen wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment durch Erfassung von Strömen, Spannungen und/oder Phasenwinkeln in Elektromotoren gemessen wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß bei schrägverzahnten Zahnrädern zusätzlich eine Axialkraft in Richtung der Drehachse oder eine axiale Verschiebung in Richtung der Drehachse gemessen wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-29, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zeitlichen Verlauf des Drehmoments zumindest ein Teil der geometrischen Form des Zahnrads oder ein Teil der Abweichungen von einer vorgegebenen Form bestimmt werden.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-30, dadurch gekennzeichnet, daß das Lehrzahnrad derart gestaltet ist, daß Drehmomentschwankungen auftreten müssen, selbst wenn das zu prüfende Zahnrad Idealform hat.
32. Verfahren zum Prüfen eines Zahnrades, wobei
eine Zahnstange als Lehre mit dem zu prüfenden Zahnrad kämmt und hierbei
die an der Zahnstange anliegende Kraft und/oder das an dem Zahnrad anliegende Drehmoment erfaßt wird, und
der zeitliche Verlauf des erfaßten Drehmoments und/oder der erfaßten Vorschubkraft analysiert wird, um daraus Informationen über Eigenschaften des zu prüfenden Zahnrades abzuleiten.
33. Verfahren zum Prüfen einer Zahnstange, wobei
ein als Lehrzahnrad ausgebildetes Zahnrad mit der zu prüfenden Zahnstange kämmt, und hierbei
die an der Zahnstange anliegende Kraft und/oder das an dem Zahnrad anliegende Drehmoment erfaßt wird, und
der zeitliche Verlauf des erfaßten Drehmoments und/oder der erfaßten Vorschubkraft analysiert wird, um daraus Informationen über Eigenschaften der zu prüfenden Zahnstange abzuleiten.
34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Drehmoment und/oder der Kraft, eine Drehstellung des Zahnrades und/oder eine lineare Position der Zahnstange und/oder eine Drehgeschwindigkeit und/oder eine lineare Geschwindigkeit gemessen werden.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bereits während des Herstellungsvorgangs des Zahnrades oder der Zahnstange mittels eines zahnstangenförmigen Werkzeugs oder eines zahnradförmigen Werkzeugs das an die Stelle des Lehrzahnrades tritt, ein an dem Zahnrad anliegendes Drehmoment und/oder die an dem zahnstangenförmigen Werkzeug anliegende Kraft gemessen wird.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des erfaßten Drehmomentverlaufs beurteilt wird, ob der Herstellungsvorgang beendet werden kann.
37. Vorrichtung zur Prüfung eines Zahnrades während oder nach dem Herstellungsvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß
ein erstes, als Lehrzahnrad ausgebildetes Zahnrad, das mit dem zu prüfenden zweiten Zahnrad kämmt und
eine Einrichtung, die das an wenigstens einem der beiden Zahnräder anliegende Drehmoment erfaßt und den zeitlichen Verlauf des erfaßten Drehmoments aufzeichnet und/oder auswertet, vorgesehen sind.
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