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Selbsttätig arbeitendes Zahnradprüfgerät
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Die Erfindung betrifft ein selbsttätig arbeitendes Prüfgerät für die
Kreisteilungsprüfung von Zahnrädern, bei dem für den Prüfvorgang das Zahnrad pausenlos
in einer Umlaufrichtung mit geringer Geschwindigkeit durch eine eigene Kraftquelle
drehangetrieben ist und bei dem auf dem Gerätegestell ein Schlitten für die einzelnen
Prüfvorgänge durch einen Antrieb im wesentlichen radial auf das Zahnrad zu und von
diesem fort zwischen ggf. einstellbaren Anschlägen verschiebbar ist, wobei der Schlitten
zwei auf ihm schwenkbar gelagerte, gegen Federkraft mit der Drehbewegung des Zahnrades
mitbewegbare und mit vorzugsweise induktiven Gebern zusammenwirkende Meßtaster trägt,
die Meßtaster auf gleiche (rechte oder linke) Flanken benachbarter Zähne zur Anlage
im Bereich des Teilkreises des Zahnrades eingerichtet sind, Mittel zum Anlegen der
Meßtaster unter der Federkraft an die Zahnflanken nach ihrem Einfahren in die Zahnlücken
und zu ihrem Abheben gegen die Federkraft von den Zahnflanken
nach
Durchführung des Prüfvorganges vorgesehen sind und wobei mit einem der Meßtaster,
der damit als Bezugstaster ausgebildet ist, Schaltmittel verbunden sind, durch die
bei einer bestimmten Schwenklage dieses Tasters einerseits die Meßwertabnahme bzw.
-ausgabe durch den anderen Meßtaster verursacht und andererseits das Ausfahren der
Meßtaster aus der Verzahnung des Rades und ihr in einstellbarer Weise verzögertes
Wiedereinfahren in die Radverzahnung durch entsprechende Schaltung des Schlittenantriebes
steuerbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kreisteilungsprüfung
pausenlos umlaufender Zahnräder sowie in Weiterbildung ein Verfahren zum Messen
der Verzahnungsgrundlaufabweichungen, Zahndickenabweichungen und Zahnlückenabweichungen
an pausenlos umlaufenden Zahnrädern.
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Die bekannten Kreisteilungsprufgeräte, die eine relative Prüfung durch
Vergleich nacheinander ermittelter Meßwerte erlauben, eignen sich sowohl für große
Zahnräder zum Prüfen direkt auf der Verzahnmaschine als auch für kleine Zahnräder
zum Prüfen auf einer Meßmaschine, wozu diese Geräte meist transportabel sind. Dabei
erfolgt durch das sich pausenlos drehende Zahnrad die Prüfung dynamisch.
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Die beiden erwähnten Meßtaster befinden sich auf einem Schlitten,
mittels dessen sie gegen einen Festanschlag in die Verzahnung eingefahren und nach
Durchführung des Meßvorganges wieder zurückgezogen werden können. Für die Prüfungen
selbst werden die Meßtaster etwa auf den Teilkreisdurchmesser eingestellt, dabei
genau auf eine gemeinsame Kreisbahn, was in der Praxis durch Antuschieren der Meßtaster
auf einer Zahnflanke erfolgt. Außerdem werden die Meßtaster so eingestellt, daß
sie für den Meßvorgang
zuerst beispielsweise an linken Zahnflanken
anliegen und es. werden bei einem ersten Eingriff der Meßtaster mit diesen Flanken
die Geber dieser Taster auf null abgeglichen.
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Bei sich pausenlos drehendem Prüfling werden nun die Meßtaster nacheinander
in aufeinanderfolgende Zahnlücken eingefahren. Nach dem Berühren der jeweiligen
Zahnflanken folgen die Meßtaster dem Prüfling eine kurze Strecke, bis der Bezugstaster
wieder den Wert null erreicht. Dies bewirkt die Meßwertübernahme bzw. die Abgabe
des der Kreisteilungsabweichung entsprechenden Wertes am Geber des zweiten Meßtasters
und das anschließende Herausfahren der Meßtaster aus der Verzahnung. Die automatische
Steuerung dieses Herein- und Wiederherausfahrens der Meßtaster aus der Verzahnung
ist bekannt und soll hier nicht noch einmal im einzelnen beschrieben werden.
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Hat das Zahnrad einen Umlauf gemacht, so daß die Meßtaster mit allen
linken Zahnflanken in Berührung gekommen sind, werden die Meßtaster wiederum auf
einer gemeinsamen Kreisbahn an die rechten Zahnflanken benachbarter Zahnlücken angelegt
und es erfolgt wiederum der Abgleich der mit den Meßtastern verbundenen Geber auf
null. Daraufhin erfolgt die Teilungsprüfung über die rechten Flanken bei nunmehr
anders herum laufendem Zahnrad.
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Damit die Meßtaster beim Hereinfahren in die Verzahnung und beim Wiederherausfahren
aus der Verzahnung nicht an den Zahnflanken schleifen bzw. mit den Zähnen kollidieren
können, ist üblicherweise vorgesehen, daß die Meßtaster für den Umsetzvorgang von
einer Zahnlücke auf die
nächste Zahnlücke durch Schaltmittel von
den Flanken, die sie abgetastet haben bzw. die sie abtasten sollen abgehoben sind.
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Das bekannte Prüfgerät hat den Nachteil, daß zwei volle Zahnradumläufe
erforderlich sind, um die Kreisteilungsfehler an den linken und an den rechten Zahnflanken
zu erfassen, wozu zwischen den beiden Umläufen noch das Umrüsten der Meßtaster von
einer Zahnflanke auf die andere Zahnflanke notwendig ist. Dies bedeutet einen hohen
Zeit-und Kostenaufwand, der bei Prüfungen auf der Verzahnmaschine selber noch dadurch
erheblich gesteigert wird, daß die einen sehr hohen Stundensatz aufweisende Verzahnmaschine
während der Prüfung nicht produzieren kann.
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Zur Messung der weiterhin bei der Gütebeurteilung eines Zahnrades
interessierenden Verzahnungsrundlaufabweichungen, Zahndickenabweichungen und Zahnlückenabweichungen
bedarf es eines anderen Prüfgerätes. Mit diesem wird zur Messung der Zahnlücken-
und Verzahnungsrundlaufabweichungen ein kugelförmiger Meßtaster in jede Zahnlücke
des kontinuierlich umlaufenden Prüflings eingeführt und es wirddie Jeweilige Eindringtiefe
gemessen, die Aufschluß über die Abweichungen der Zahnlücken untereinander gibt
und schlußendlich die Rundlaufabweichung liefert.
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Bezüglich der Zahndickenabweichungen wird ein gabelförmiger Meßtaster
nacheinander auf jeden Zahn des Zahnrades gesetzt und es wird auch hier wieder die
Eindringtiefe bzw. die Abweichung der Eindringtiefe von einem anfangs eingestellten
Nullabgleich ermittelt. Hier ist also zur
Messung der drei letztgenannten
Werte wenigstens ein weiterer Umlauf des Zahnrades sowie ein weiteres Prüfgerät
erforderlich, was den Zeit- und Kostenaufwand für die Zahnradprüfung über das oben
geschilderte Maß hinaus vergrößert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Gerät für die Kreisteilungsprüfung
sowie das dazugehörende Verfahren derart abzuändern und zu verbessern, daß mit einem
einzigen Zahnradumlauf die Kreisteilungsprüfung sowohl für die rechten als auch
für die linken Flanken des Rades erfolgt und sich so die Prüfzeit auf die Hälfte
gegenüber dem Bekannten reduzieren läßt. In Weiterbildung der Erfindung soll ein
Verfahren angegeben werden, dad es mit dem erfindungsgemäßen Kreisteilungsprüfgerät
ermöglicht, gleichzeitig auch die Verzahnungsrundlaufabweichungen, Zahndickenabweichungen
und Zahnlückenabweichungen zu messen, so daß hierfür ein zweites Gerät entfallen
kann.
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Dabei soll nach Möglichkeit auch noch erreicht werden, daß die drei
letztgenannten Werte gleichzeitig mit der Teilungsprüfung ermittelt werden können,
so daß dafür auch ein eigenständiger Umlauf des Zahnrades in Fortfall kommen kann.
Die Lösung dieser Aufgabe soll in einfacher Weise mit geringen Mitteln ermöglicht
werden.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß für die Teilungsprüfung an einem Prüfgerät
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß auf dem Schlitten neben jedem der
Meßtaster in der von diesem eingeommenen Zahnlücke ein zweiter, mit einem vorzugsweise
induktiven Geber zusammenwirkender, unter Federkraft für den Prüfvorgang in Anlage
an die
gegenüberliegende Zahnflanke bringbarer und nach dem Meßvorgang
gegen die Federkraft von der Zahnflanke abhebbarer Meßtaster schwenkbar angeordnet
ist und daß durch die Geber dieser Meßtaster die Teilungsabweichung der gegenüberliegenden
Flanken benachbarter Zahnlücken ausgebbar sind.
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Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, bei einem
Zahnradumlauf die Teilungsabweichungen sowohl der linken als auch der rechten Zahnflanken
zu messen und auf dem Weg über einen Zwischenspeicher im Ergebnis beispielsweise
wertmäßig oder graphisch auszugeben. Hierzu werden zu Beginn des Prüfvorganges sowohl
das Meßtasterpaar für die linken Flanken als auch das Meßtasterpaar für die rechten
Flanken auf null abgeglichen und es erfolgt dann wieder bei einem Zahnradumlauf
in gleichbleibender Drehrichtung das Aus- und Einfahren der Meßtaster von Zahnlücke
zu Zahnlücke sowie deren Abheben von den Zahnflanken nach dem Prüfvorgang und deren
Wiederanlegen an die Zahnflanken für den nächsten Prüfvorgang. Damit ist die Prüfzeit
auf die Hälfte reduziert und es sind erhebliche Kosten erspart, insbesondere dann,
wenn die Zanradprüfung auf der Verzahnmaschine stattfindet.
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Nach der Erfindung kann es vorgesehen sein, daß durch den Bezugstaster
auch die Meßwertausgabe durch die zweiten Meßtaster steuerbar ist, wobei allerdings
hier rechnergesteuert dafür Sorge getragen werden muß, daß im Augenblick einer durch
den ersten Bezugstaster verursachten Meßwertausgabe vorhandene Nullabweichung des
zweiten
Bezugstasters zu dem vom zweiten Meßtaster gelieferten Wert addiert bzw. von diesem
subtrahiert wird, je nachdem, ob der zweite Bezugstaster bereits die Nullposition
durchlaufen hat oder noch vor dieser steht.
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Zweckmäßig kann es jedoch auch sein, daß der dem Bezugstaster in der
gleichen Zahnlücke gegenüberliegende Taster als zweiter Bezugstaster für die Meßwertausgabe
durch den zweiten Meßtaster ausgebildet ist, wobei jedoch die Schlittensteuerung
und die Steuerung des Abhebens der Taster von und Anlegens der Taster an die zu
prüfenden Flanken beim ersten Bezugstaster verbleibt.
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Der erste Bezugstaster behält hier also die Steuerung für das Ein-
und Ausfahren der Meßtaster und auch für die Meßwertausgabe des zu ihm gehörenden
Meßtasters. Was jedoch die Meßwertausgabe des Meßtasters des zweiten Tasterpaares
betrifft, so erfolgt diese dann, wenn der zweite Bezugstaster die Nullposition durchfährt.
Da dies kurz vor oder nach dem Moment sein kann, wo der erste Bezugstaster die Nullposition
durchfährt, ist selbstverständlich dafür Sorge zu tragen, daß der erste Bezugstaster
das Herausfahren der Meßtaster aus dem Zahnrad grundsätzlich erst mit einer wenn
auch nur geringfügigen Verzögerung verursacht, nachdem er selbst die Nullposition
durchlaufen hat.
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Bei einem Prüfgerät der eingangs genannten Art besteht für die Teilungsprüfung
von Zahnrädern eine zweite Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe darin,
daß auf dem Schlitten ein Querschlitten tangential zum
Zahnrad
zwischen zwei Anschlägen, von denen wenigstens einer einstellbar ist, über einen
Weg im Bereich des Zahnlückenmaßes verschiebbar gelagert ist, daß die Meßtaster
nach Durchführung der Messung an gleichen Zahnflanken benachbarter Zahnlücken durch
Verschiebung des Schlittens vom ersten Anschlag zum zweiten Anschlag an die gegenüberliegenden
Zahnflanken zur dortigen Messung der Teilungsabweichung anlegbar sind und daß die
Steuerung des Querschlittens ebenfalls durch den Bezugstaster erfolgt, wobei dieser
die Rückbewegung des Hauptschlittens erst nach Durchführung beider Meßvorgänge verursacht
und dabei zusätzlich die Rückstellung des Querschlittens gegen den ersten Anschlag
bewirkt.
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Hier ist also die Anordnung so getroffen, daß es bei einem Meßtasterpaar
bleibt, daß diese jedoch während eines Meßvorganges von einer Zahnflanke auf die
andere Zahnflanke der sie aufnehmenden Zahnlücke umgeschaltet werden und so nacheinander
die Teilungsabweichung für die linke und rechte Zahnflanke zweier benachbarter Zahnlücken
liefern.
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Die Einstellung der Taster ist hier so vorzunehmen, daß die beiden
Taster zunächst für beispielsweise die linken Flanken auf null abgeglichen werden,
dann ihre Umschaltung auf die rechten Zahnflanken vorgenommen und dort ein erneuter
Nullabg1eich für diese Schaltstellung durchgeführt wird, so daß dann für die weiteren
Meßvorgänge die Meßwertausgabe jeweils für linke und rechte Zahnflanken dann erfolgt,
wenn dazu der Bezugstaster die Nullposition bei seiner Mitbewegung mit dem sich
ständig drehenden Zahnrad durchläuft.
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Bei dieser Ausbildung des erfindungsgemäßen Prüfgerätes kann es für
kleine Raddurchmesser oder aber auch für große Moduln und Teilungen des Prüflings
zweckmäßig sein, daß der Querschlitten entlang zur Zahnradachse konzentrischer Führungsbahnen
auf dem Schlitten verschiebbar ist, damit bei der Umschaltbewegung des Querschlittens
die Meßtaster auf ihrer Einstellung im Bereich des Teilkreises bleiben.
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Entsprechend dem Vorstehenden ist das Verfahren zur Kreisteilungsprüfung
an pausenlos umlaufenden Zahnrädern, bei dem mit Meßtastern über gleiche (rechts-links)
Zahnflanken benachbarter Zahnlücken im Bereich des Teilkreises die Teilungsabweichungen
gegenüber einem bei einem ersten Meßvorgang erfolgten Nullabgleich der Meßtaster
ermittelt, gespeichert und dann ausgegeben werden, wobei die Meßtaster zwischen
den Meßvorgängen periodisch gesteuert aus der Verzahnung gezogen und in diese um
eine Teilung versetzt wieder eingefahren werden, erfindungsgemäß dadurch gestaltet,
daß bei einem Meßvorgang sowohl die Teilungsabweichungen der rechten als auch der
linken Flanken benachbarter Zahnlücken gemessen werden. Dabei werden -beide Teilungsabweichungen
entweder gleichzeitig ermittelt oder es werden die beiden Teilungsabweichungen bei
einem Meßvorgang nacheinander durch Umschalten der Meßtaster von einer Zahnlückenseite
auf die andere Zahnlückenseite ermittelt.
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In Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist bei einem Verfahren
zum Messen der Verzahnungsrundlaufabweichungen, Zahndickenabweichungen und Zahnlückenabweichungen
an
pausenlos umlaufenden Zahnrädern, bei dem die Zahnlücken bzw.
die Zahndicken durch Meßtaster abgefühlt und die Abweichungen gegenüber einem bei
einem ersten Meßvorgang erfolgten Nullabgleich der Meßtaster ermittelt, gespeichert
und dann ausgegeben werden, wobei die Meßtaster zwischen den Meßvorgängen periodisch
gesteuert aus der Verzahnung gezogen und in diese um eine Teilung versetzt wieder
eingefahren werden, die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf
jeder Seite der Zahnlücke bzw. des Zahnes im Bereich des Teilkreises ein selbständiger
Meßtaster in Anlage gebracht wird und daß mit Hilfe eines Rechners die in Umfangsrichtung
des Zahnrades sich ergebenden Abweichungen der beiden zur Zahnlücke bzw. zum Zahn
gehörenden Meßtaster von dem Nullabgleich addiert, dann durch den Tangens des Eingriffswinkels
dividiert und schließlich halbiert werden, bevor die Meßwertausgabe erfolgt, wobei
eine sich aus einem Ubermaß der Zahnlücke bzw. des Zahnes ergebende Tasterabschung
als positiver Wert bei der Zahnlückenabweichung und Verzahnungsrundlaufabweichung
bzw. Zahndickenabweichung weiterverarbeitet wird.
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Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren, für das selbständiger Schutz
geltend gemacht wird, ist es nicht mehr erforderlich, das Zahnrad für die drei zuletzt
genannten Prüfvorgänge mit einem eigenständigen Gerät zu kontrollieren. Vielmehr
kann dies ohne weiteres beispielsweise mit einem Prüfgerät der vorbeschriebenen
Art geschehen, indem lediglich die von den Meßtastern gelieferten Werte in entsprechend
anderer Weise weiterverarbeitet werden, indem die Meßwerte zweier in einer gemeinsamen
Zahnlücke
befindlichen Meßtaster zur Prüfung der Zahnlückenabweichungen
sowie der Verzahnungsrundlaufabweichung herangezogen werden, während das gleiche
mit zwei einen Zahn zwischen sich aufnehmenden Meßtaster für die Zahndickenabweichung
geschieht. Dabei wird entsprechend dem Vorgesagten nach den Gepflogenheiten der
Verzahnungsmeßtechnik berücksichtigt, daß ein Übermaß bei der Zahnlücke ebenso wie
ein Übermaß bei der Zahndicke als positiver Wert erscheint.
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Bei diesem Verfahren ist es schließlich zweckmäßig, daß die sich bei
der Teilungsprüfung ergebenden Meßwerte gleichzeitig parallel bei entsprechend anderer
Zusammenführung der von den Meßtastern gelieferten Werte zur Ermittlung der Verzahnungsrundlaufabweichungen,
der Zahndickenabweichungen und der Zahnlückenabweichungen herangezogen werden. Nach
diesem erfindungsgemäßen Vorgehen werden also die drei zuletzt genannten Größen
gleichzeitig mit der Teilungsprüfung abgenommen, indem ein und dieselben Meßwerte
verschiedenen Auswertungen zugeführt werden. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil,
daß nunmehr alle vorstehenden Prüf- bzw. Meßvorgänge bei einem Zahnradumlauf ermittelt
werden können, womit für diese insgesamten Prüf- bzw. Meßvorgänge die Bearbeitungszeit
gegenüber dem Bekannten auf ein Drittel reduziert ist.
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Eine genauere Darstellung des zuletzt beschriebenen Verfahrens soll
später anhand von Zeichnungen vorgenommen werden.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, die auf der Zeichnung dargestellt
sind. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Prüfgerät zur Teilungsprüfung in vereinfachter
Darstellung in Seitenansicht, teilweise geschnitten und in Draufsicht; Fig, 2 und
3 die Arbeitsweise des Prüfgerätes gemäß Fig. 1 über linke und rechte Flanken eines
Zahnrades in schematischer Darstellung; Fig. 4 eine erste Ausführungsform eines
erfindungsgemäß ausgebildeten Teilungsprüfgerätes in schematischer Darstellungsweise
gemäß Fig. 2 und 3; Fig. 5 eine Abwandlung der Geräteausbildung gemäß Fig. 4; Fig.
6 eine zweite erfindungsgemäße Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Teilungsprufgerätes;
Fig. 7 eine Abwandlung des Gerätes gemäß Fig. 6; Fig. 8 die schematische Veranschaulichung
der Messung der Zahnlückenabweichungen und damit der Verzahnungsrundlaufabweichungen
in der bekannten Art; Fig. 9 schematisch den Vergleich der bekannten Ermittlung
der Verzahnungsrundlaufabweichungen und der Zahnlückenabweichungen mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Ermittlung dieser Abweichungen;
Fig. 10 die Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der Verzahnungsrundlaufabweichungen
und Zahnlückenabwe ichungen und Fig. 11 eine Einzelheit aus Fig. 10.
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Gemäß Fig. 1 hat das Prüfgerät zur Teilungsprüfung ein Gerätegestell
1, gegenüber dem das zu prüfende Zahnrad 3 pausenlos mit Hilfe eines nicht dargestellten
eigenen Antriebes drehbar gelagert ist. Auf dem Gerätegestell 1 ist über ein Gehäuse
8 ein Schlitten 9 radial zum Zahnrad 3 über einen Antrieb 2 verschiebbar, auf dem
Meßtaster 10 und 11 schwenkbar gelagert sind, die in nicht weiter dargestellter
Weise jeweils mit einem induktiven Geber 26, 27 verbunden sind. Das Gehäuse 8 enthält
die bereits erwähnten Antriebsmittel 2 für die Vor- und Rückbewegung des Schlittens
9 zum Einführen der Meßtaster 10 und 11 in die Verzahnungen und zum Zurückbewegen
aus der Verzahnung. Im übrigen enthält das Gehäuse 8 auch die Mittel zur Verarbeitung
der von den Meßtastern 10 und 11 gelieferten Meßwerte, wobei dann in der Regel an
das Gehäuse 8 ein Gerät zur Ausgabe der Meßergebnisse beispielsweise in Form eines
Schreibgerätes angeschlossen ist.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, werden die in den Meßwertgebern 26, 27
erzeugten Spannungen über Anpaßverstärker an das Steuer- und Auswerte- bzw. Registriergerät
weitergeleitet, indem im Verstärker/Demodulator eine dem Meßwert proportionale Gleichspannung
erzeugt wird. Nach
einer bestimmten Tasterauslenkung wird durch
den "Null-Kompensator" die Speicherung der Gleichspannung im "Analogspeicher't veranlaßt
und gleichzeitig über die "Steuereinheit der Rücklauf des Meßschlittens eingeleitet.
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Das im "Analogspeicher" vorhandene Signal wird im "A/D-Wandler" digitalisiert
und in dieser Form zur späteren Auswertung im Rechner abgespeichert. Nach einer
über die "Zeitstufe" vorgegebenen Spanne wird der oben beschriebene Meßvorgang bis
zur Erreichung der programmierten Zähnezahl erneut gestartet.
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Die Arbeitsweise dieses Prüfgerätes sei anhand der Fig. 2 und 3 genauer
erläutert, wobei bereits in Fig. 1 verwendete Bezugszeichen wieder verwendet werden.
Die Fig. 2 und 3 zeigen wiederum das Zahnrad 3, vereinfacht das Gerätegehäuse 8,
den daran radial zum Zahnrad verschiebbaren Schlitten 9 sowie die auf dem Schlitten
schwenkbar gelagerten Meßtaster 10 und 11, die auf über Schraubverbindungen 20,
21 ein- und feststellbaren Böcken 22, 23 über Wälzlagerungen 24, 25 schwenkbar gelagert
sind und auf induktive Geber 26, 27 ihre Schwenkwege weitergeben.
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Der Schlitten 9 ist durch einen Stellmotor 28 und eine von diesem
angetriebene Spindel 29 in Radialrichtung auf das Zahnrad 3 zu und von diesem fort
bewegbar. Dabei ist die in Richtung auf das Zahnrad 3 vordere Bewegungsendlage durch
einen Anschlag 30 gegenüber dem Gehäuse 8 gegeben. Die Bewegbarkeit des Schlittens
9 gegenüber dem Gehäuse 8 kann ebenfalls über eine Wälzlagerung 31 gewährleistet
sein.
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Mit Hilfe dieses bekannten Prüfgerätes findet die relative Teilungsprüfung
folgendermaßen statt: Gemäß Fig. 2 sind die Meßtaster 10 und 11 im Bereich des Teilkreises
31 in Anlage an die von der Geräteseite aus gesehen linken Zahnflanken des Zahnrades
3 innerhalb benachbarter
Zahnlücken gebracht und es sind ihre
induktiven Geber 26, 27-dort für die Meßposition auf null abgeglichen.
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Bei einem Meßvorgang, bei dem in diesem Falle das Zahnrad entsprechend
der Pfeilrichtung 32 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, durchläuft der die Funktion
des Bezugstasters ausführende Meßtaster 11 die Null-Position, bei der verursacht
wird, daß der Meßwert des Tasters 10 abgenommen bzw. ausgegeben wird. Nach dieser
Tätigkeit verursacht der Bezugstaster 11 die Abhebung der Taster 10 und 11 von den
Zahnflanken und die Rückbewegung des Schlittens 9 mittels des Spindelantriebes 28,
29, so daß die Taster aus den Zahnlücken herausfahren. Nunmehr setzt das Zahnrad
3 seine Bewegung entsprechend dem Pfeil 32 fort, bis die Taster 10 und 11 vor den
nächstfolgenden Lücken zu stehen kommen, woraufhin der Schlitten 9 durch den Antrieb
28, 29 wieder gegen den Anschlag 30 vorgefahren wird. Daraufhin werden die Taster
10 und 11 an die nächsten linken Flanken angelegt und dann durch die Weiterdrehung
des Zahnrades 3 ein Stück weit mitgenommen solange, bis der Bezugstaster 11 seine
voreingestellte Null-Positiondurchläuft und in diesem Augenblick die Meßwertausgabe
des Meßtasters 10 verursacht. Daraufhin wiederholt sich die Ausfahrbewegung und
erneute Einfahrbewegung in die nächsten Zahnlücken wie beschrieben.
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Zur Messung der rechten Zahnflanken müssen entsprechend Fig. 3 die
Meßtaster 10 und 11 auf diese Zahnflanken im Bereich des Teilkreises 31 eingestellt
und auf null abgeglichen werden. Außerdem muß das Zahnrad 3 nunmehr
in
entgegengesetzter Richtung entsprechend dem Pfeil 33 umlaufen. Die Meßvorgänge spielen
sich dann in umgekehrter Weise entsprechend der Darstellung anhand der Fig. 2 ab.
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Bei den Fig. 2 und 3 sind die Drehrichtungen 32 und 33 so eingerichtet,
daß die Meßtaster 10 und 11 von dem Zahnrad 3 gegen eine Federkraft mitgenommen
werden. Es ist jedoch genausogut möglich, daß die Drehrichtungen umgekehrt angeordnet
werden und die unter einer Federvorspannung stehenden Meßtaster den zu prüfenden
Zahnflanken unter dieser Vorspannung folgen.
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Zurückkommend auf Fig. 1, sei zu dem bekannten Prüfgerät noch hinzugefügt,
daß sich dieses, d. h. also die Positionen 8 und 9 auch auf einer Verzahnmaschine
direkt bei dem noch in der Fertigungsaufspannung befindlichen Zahnrad anbringen
lassen, so daß die anhand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Prüfvorgänge mit Hilfe
der Verzahnmaschine als Antrieb für das zu prüfende Zahnrad stattfinden können.
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Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform des neuen Prüfgerätes, wobei
zunächst einmal im Vergleich zu Fig. 2 und 3 die wesentlichen wiederkehrenden Positionen
mit gleicher Bezifferung versehen und nicht noch einmal erläutert sind.
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Hinzu kommt beim Gegenstand gemäß Fig. 4, daß auf jedem der Böcke
22, 23 ein weiterer Meßtaster 40, 41 in der bereits beschriebenen Weise drehbar
gelagert und mit einem
induktiven Geber 42 bzw. 43 verbunden ist,
wobei diese weiteren Meßtaster bezüglich der Meßtaster 10 und 11 an jeweils gegenüberliegenden
Flanken des Zahnrades 3 zur Anlage kommen. Zur besseren Einstellbarkeit sind nunmehr
alle vier Meßtaster gegenüber den Lagerböcken 22, 23 zusätzlich bei 44, 45, 46 und
47 drehein- und feststellbar.
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Bei dem Gerät gemäß Fig. 4 werden die Taster 10, 11 und 40, 41 jeweils
an die linken bzw. rechten Flanken des Zahnrades in Anlage gebracht und es werden
die Paare 10, 11 einerseits und 40, 41 andererseits auf null abgeglichen, worauf
dann die Meßvorgänge wie beschrieben ablaufen und jeweils beim Null-Durchgang der
Bezugstaster 11 bzw. 41 die Meßtaster 10 bzw. 40 über ihre induktiven Geber 26 bzw.
42 die Meßwerte ausgeben. Dabei muß nur dafür Sorge getragen sein, daß ein Bezugstaster,
beispielsweise der Taster 11, die Steuerung des Schlittens 9 sowie der Abhebung
der Taster von den Zahnflanken und deren Wiederaufsetzen für den nächsten Meßvorgang
allein innehat und diese Steuerung ausübt, indem der Bezugstaster 41 einschließlich
eines Flankenfehlers Zeit genug hat, seine Null-Position zu durchlaufen.
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Auf diese Weise werden bei jedem Meßgang sowohl die linken als auch
die rechten Zahnflanken des sich in Richtung des Pfeiles 45 kontinuierlich drehenden
Prüflings abgefühlt und die Teilungsabweichungen sowohl hinsichtlich der rechten
als auch der linken Flanken ermittelt, so daß nach einem Umlauf des Zahnrades 3
die gesamte Prüfung der Teilungsabweichungen abgeschlossen ist.
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Fig. 5 zeigt eine Variante des Gegenstandes gemäß Fig. 4, die sich
von dem Gegenstand gemäß Fig. 4 lediglich dadurch unterscheidet, daß der Bezugstaster
11 nicht nur die Steuerung des Schlittens 9 innehat, sondern auch allein Bezugstaster
ist, der bei seinem mit dem Taster 10 abgeglichenen Null-Durchlauf gleichzeitig
die Meßwertausgabe für die Taster 40, 41 verursacht. Da der Abgleich auf null für
das Tasterpaar 10, 11 einerseits und 40, 41 andererseits wie anhand der Fig. 4 beschrieben
zu Beginn erfolgt ist, muß dann während des Meßdurchlaufes dafür gesorgt werden,
daß beim Auslösen der Meßwertausgabe durch den Bezugstaster 11 Abweichungen des
Tasters 41 von der Null-Position gegenüber der Meßwertausgabe des Tasters 40 kompensiert
werden, indem entsprechende Differenzwertbildung stattfindet, wobei vor dem Null-Wert
des Tasters 41 - in Umlaufrichtung des Zahnrades a gesehen - liegende Meßwerte des
Tasters 41 vom Meßwert des Tasters 40 subtrahiert und den Null-Wert überschreitende
Werte des Tasters 41 zum Meßwert des Tasters 40 addiert werden.
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Fig. 5 zeigt im übrigen noch ein Beispiel dafür, wie die Meßtaster
10, 11 bzw. 40, 41 aus Platzersparnisgründen auf einer gemeinsamen Drehachse 48
bzw. 49 drehbar gelagert sein können.
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Fig. 6 zeigt eine andere Bauform ausgehend von der anhand der Fig.
1 bis 3 beschriebenen bekannten Bauform.
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Gemäß Fig. 6 ist wiederum im Gerätegestell 50 ein Schlitten 51 durch
einen Motor 52 mit Spindelantrieb 53 in Richtung auf das Zahnrad 54 mit Teilkreis
55 gegen einen
Anschlag 56 des Gerätegehäuses 50 verschiebbar und
gegenüber dem Zahnrad 54 zurückfahrbar. Der Schlitten 51 trägt einen Querschlitten
57, der auf ihm tangential zum Zahnrad 54 über Führungen 58 zwischen Anschlägen
59 und 60 querverschiebbar ist, wobei die Querverschiebbarkeit über das Maß X im
wesentlichen dem Zahnlückenmaß entspricht.
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Auf dem Querschlitten 59 sind wiederum zwei Meßtaster 61 und 62 auf
Böcken 63 bzw. 64 schwenkbar gelagert, die mit induktiven Gebern 65 bzw. 66 in Wirkverbindung
stehen.
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Der Querschlitten 57 ist außerdem über einen Antrieb 67 mit Antriebsspindel
68 gesteuert verfahrbar.
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Die Einrichtung des Prüfgerätes dieser Bauform geschieht dadurch,
daß, wie in Fig. 6 dargestellt, die Meßtaster 61, 62 zunächst an den linken Flanken
des Zahnrades 54 angelegt und in dieser Anlage auf null abgeglichen werden.
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Daraufhin werden die Meßtaster 61, 62 durch Querverschiebung des Schlittens
57 gegen den Anschlag 60 in Anlage an die rechten Flanken der nebeneinanderliegenden
Lücken des Zahnrades 54 gebracht und für diese Position ebenfalls auf null abgeglichen.
Hierfür kann es zweckmäßig sein, das Zahnrad 54 etwas weiter zu drehen oder aber
für den späteren Meßvorgang das Maß X etwas kleiner als das Zahnlückenmaß einzustellen,
da beim Umschalten der Meßtaster 61, 62 von der linken auf die rechte Zahnflanke
das Zahnrad 54 in Richtung des Pfeil es 69 etwas weitergelaufen sein wird, so daß
die genannte, entsprechende Vorsorge erforderlich ist, damit'der als Bezugstaster
dienende Meßtaster 62 beim Umschalten des Querschlittens 57 auf die auf Fig. 6 bezogen
rechte Position
noch vor seinem Null-Durchlauf in Anlage an die
rechte Zahnflanke kommt, Mit der so beschriebenen Geräteeinrichtung werden dann
durch Vorschub des Schlittens 57 für die einzelnen Meßvorgänge die Taster 61, 62
zunächst an linke Zahnflanken des Zahnrades 54 in Anlage gebracht und es wird beim
Null-Durchlauf des Bezugstasters 62 der Meßwert vom Taster 61 über den Geber 65
ausgegeben. Der genannte Null-Durchlauf des Tasters 62 bewirkt außerdem, daß über
die Stellmittel 67, 68 der Querschlitten 57 vom Anschlag 59 nach rechts gegen den
Anschlag 60 verschoben wird, so daß die Taster 61, 62 in Anlage an die rechten Flanken
des Zahnrades 54 gelangen. Wenn hier nun der Taster 62 die Null-Position durchläuft,
erfolgt für die rechten Flanken wiederum die Meßwertabnahme über den Tawter 61 und
den Geber 65.
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Ist dies geschehen, so wird über den Taster 62 die Rückbewegung des
Schlittens 51 sowie gleichzeitig des Querschlittens 57 in Richtung auf den Anschlag
59 ausgelöst, wonach dann nach entsprechender Weiterbewegung des Zahnrades 54 der
nächste Meßturnus über zunächst linke und dann rechte Zahnflanken des Zahnrades
54 ablaufen kann.
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Auf diese Weise ist es also ebenfalls möglich, bei einem in nur einer
Richtung 69 umlaufenden Zahnrad 54 mit einem Umlauf gleichzeitig die Teilungsabweichungen
sowohl der linken als auch der rechten Zahnflanken zu messen.
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Fig. 7 zeigt den Gegenstand gemäß Fig. 6, jedoch lediglich mit der
Abänderung, daß der Querschlitten 70 auf dem Schlitten 71 beispielsweise über Wälzlager
72 entlang bogenförmiger Führungsbahnen verschiebbar ist, die zum Drehzentrum des
Zahnrades 73 mit Teilkreis 74 konzentrisch sind. Dies dient der besseren Anpassung
an Zahnräder mit kleinem Durchmesser bzw. großen Moduln und Teilungen, um die Meßtaster
75, 76 weitestgehend im Bereich des Teilkreises 74 zu halten, während der Querschlitten
70 zwischen den Anschlägen 77 und 78 für einen Meßvorgang von der linken Flanke
der Zähne des Zahnrades 73 auf die rechten Flanken der Zähne des Zahnrades 73 umgeschaltet
wird. Im übrigen gilt für den Gegenstand gemäß Fig. 7 von dem Meßablauf her gesehen
und auch von der Vorrichtung her gesehen das zu Fig. 6 Gesagte, weshalb noch einige
Bezugspositionen in Fig. 7 zugefügt sind, die mit dem Gegenstand gemäß Fig. 6 übereinstimmen.
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Im nachfolgenden wird nun auf ein Verfahren zum Messen der Verzahnungsrundlaufabweichungen,
Zahndickenabweichungen und Zahnlückenabweichungen eingegangen, mit dem sich unter
Zuhilfenahme der bereits beschriebenen Vorrichtungen, aber auch ähnlich arbeitender
Vorrichtungen die Anwendung eines eigenständigen Prüfgerätes erübrigt.
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Dazu sei zunächst noch einmal auf das bekannte Verfahren zur Ermittlung
dieser drei Meßwerte eingegangen.
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Fig. 8 zeigt eine Zahnlücke mit einer linken Zahnflanke 80 und einer
rechten Zahnflanke 81, in die ein kugelförmiger Meßtaster 82 eingesteckt ist. Im
vorliegenden Falle sei die Zahnlücke zu weit gegenüber der erwünschten Zahnlückengröße,
die
durch die gestrichelt gezeichneten Flanken 83 und 84 dargestellt ist. Die Kugel
des Meßtasters 82 ist im übrigen so bemessen, daß sie bei einer fehlerfreien Zahnlücke
genau in Höhe des Teilkreises 85 in Anlage an die Zahnflanken käme.
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Da nun aber, wie gesagt, die Zahnlücke im vorliegenden Falle zu weit
ist, taucht die Kugel des Meßtasters 82 tiefer in die Verzahnung ein, und zwar um
den Betrag y", der als Meßwert für die Zahnlückenabweichung auf diese Weise ermittelt
und registriert wird. Ist auf diese Weise das Zahnrad einmal umgelaufen und damit
jede Lücke geprüft, so ergibt der Unterschied zwischen dem kleinsten und dem größten
Wert der aufgrund der Prüfung registrierten Kurve die Verzahnungsrundlaufabweichung.
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Wie weiterhin aus Fig. 8 ersichtlich, setzt sich der Wert y" zusammen
aus einem Anteil y1 und yr, wobei auf der Grundlage dieser Teilbeträge jedoch immer
nur deren Hälfte zu berücksichtigen ist. Denn wenn man sich vorstellt, daß der beispielsweise
an der linken Flanke 80 dargestellte Fehler nicht vorhanden wäre, dann wäre y1 =
0 und es würde nur der Betrag Yr auftreten. Um diesen Betrag würde jedoch die Kugel
des Meßtasters 82 nicht gegenüber einer fehlerfreien Zahnlücke in die Verzahnung
eindringen, vielmehr nur um den halben Betrag Yr.
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Im übrigen ist die Definition so, daß bei einer zu großen Zahnlücke
die Beträge zur und y1 als positive Werte betrachtet werden, während bei einer zu
schmalen Lücke
diese Beträge negativ angesetzt werden.
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Das vorstehend Geschilderte gilt entsprechend für die Zahndickenmessung,
für die man sich einen gabelförmigen Meßtaster so auf einen Zahn aufgesetzt vorstellen
kann, daß er bei fehlerfreiem Zahn dessen Flanken am Teilkreis berührt. Auch hier
geschieht also die Fehlerermittlung über die Eintauchtiefe des gabelförmigen Tasters,
wobei im Gegensatz zu dem anhand der Fig. 8 Beschriebenen lediglich die Vorzeichen
umgekehrt sind. Ist der Zahn dicker als erwünscht, hat er also ein Übermaß, so taucht
der gabelförmige Taster weniger tief in die Verzahnung ein, was zu positiven Werten
y" und yl bzw. Yr führt.
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Ist der Zahn zu schmal, so werden die genannten Werte negativ.
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Fig. 9 zeigt nun, wie nach der Erfindung der kugelförmige Meßtaster
82 ersetzt ist durch zwei Einzeltaster 86 und 87, die am Prüfgerät derart eingestellt
sind, daß sie bei den in Fig. 9 dargestellten fehlerfreien Zahnradflanken 88 und
89 diese genau am Teilkreis 90 berühren.
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Mit den Tastern 87 und 88 wird nun wieder in die Darstellung der bekannten
Prüfweise gemäß Fig. 8 eingegangen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist.
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Gemäß Fig. 10 hat ebenso wie in Fig. 8 die Zahnlücke ein Übermaß,
was durch die ausgezogenen Flanken 91 und 92 dargestellt ist. Die fehlerfreien Flanken
sind gestrichelt dargestellt und mit den Ziffern 93 und 94 versehen.
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Werden diese Flanken nun durch zwei Taster 86 und 87, die auf den
Teilkreis 88 eingestellt sind, abgefühlt, so erfahren die Taster gegenüber ihrer
gestrichelten Darstellung eine in Richtung des Teilkreises erfolgende Auslenkbewegung
xr und xl gegenüber der fehlerfreien Positionierung. Mit anderen Worten ausgedrückt:
In diesem Falle tauchen also die Taster nicht tiefer in die Zahnlücke ein, sondern
sie haben eine in Umfangsrichtung um die Beträge xr und xl versetzte Anlagestelle.
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Aus diesen Beträgen xr und x1 lassen sich nun die Werte yr und y1
ermitteln, indem yr = xr/tanα und y1 = x1/tan α ist.
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Sind auf diese Weise die Beträge Yr und yl ermittelt, so sind diese
nach dem vorstehend Gesagten jeweils zu halbieren, so daß sich ergibt yr' = yr/2
und y1' = y1/2 . Hieraus ergibt sich dann y" = yr' + y1'.
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Im vorstehend anhand der Fig. 10 beschriebenen Beispiel sind die Beträge
Yr und yl beide positiv, so daß auch y" positiv wird. Stellt man sich anhand der
Fig. 10 vor, daß die ausgezogenen Flankenlinien die fehlerfreien Linien wären, während
die gestrichelten Linien eine zu enge Zahnlücke darstellen, würden die Beträge yr
und y1 negativ sein, so daß auch y" insgesamt negativ würde.
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Schließlich läßt sich genausogut vorstellen, daß eine Flanke ein Übermaß
und die andere Flanke ein Untermaß hat, so daß sich positive und negative Beträge
y' addieren.
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Fig. 11 zeigt als Einzelheit A aus Fig. 10 noch einmal deutlicher,
wie die Beträge xl und yl über den Eingriffswinkel α zusammenhängen.
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Die vorstehend anhand der Zahnlückenprüfung, die außerdem zur Verzahnungsrundlaufabweichung
führt, geschilderten Verhältnisse gelten entsprechend, jedoch mit von der Eintauchtiefe
her gesehen umgekehrtem Vorzeichen, für die Zahndickenprüfung.
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Auf diese Weise ist es möglich, mit den anhand der Fig. 4 bis 7 erläuterten
Prüfgeräten auch die Verzahnungsrundlaufabweichungen, Zahndickenabweichungen und
Zahnlückenabweichungen zu ermitteln, wobei es lediglich erforderlich ist, die von
den entsprechenden Meßtastern gelieferten Werte mit Hilfe eines Rechners in der
vorbeschriebenen Weise weiterzuverarbeiten bzw. aufzubereiten, bevor die Werte ausgegeben
werden.
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Nimmt man beispielsweise das Prüfgerät gemäß Fig. 5, so können die
von den Meßtastern 10, 40, 41 bei der Teilungsprüfung gelieferten Werte gleichzeitig,
d. h. parallel, zur Ermittlung der Zahnlückenabweichung herangezogen werden, indem
von den Tastern 10, 40 die Beträge Xr und xl abgenommen und in der beschriebenen
Weises weiterverarbeitet werden und indem zur Überprüfung der Zahndickenabweichung
über die Meßtaster 10, 41 die dazugehörenden Beträge xr und xl abgenommen und für
sich in der beschriebenen Weise weiterverarbeitet werden.
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Im Ergebnis kann beispielsweise mit einem Meßgerät gemäß Fig. 5 dadurch
in einem Meßdurchlauf gleichzeitig die Teilungsprüfung sowie die Ermittlung der
Verzahnungsrundlaufabweichung, der Zahndickenabweichungen und der Zahnlückenabweichungen
erfolgen.
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Nimmt man sich das Prüfgerät gemäß Fig. 4 für den gleichen Zweck so
ist die Funktionsweise grundsätzlich wie vorstehend anhand der Fig. 5 beschrieben.
Hier muß jedoch zusätzlich berücksichtigt werden, daß die Taster 11, 41 infolge
der Verzahnungsfehler einen zeitlich voneinander abweichenden Null-Durchlauf haben
werden, so daß unter Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit des Zahnrades 3 sowie
der Größe des Teilkreises 31 eine entsprechende Korrektur bei der Vqrarbeitung der
von den Tastern 10 und 40 gelieferten Meßwerte erfolgen muß, was jedoch bei Verwendung
des angesprochenen Rechners zur Meßwertverarbeitung ohne weiteres geschehen kann
und hier nicht näher erläutert zu werden braucht.
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Nimmt man die Prüfgeräte nach der Bauform gemäß den Fig 6 und 7, so
gilt das Vorgesagte hinsichtlich der Berücksichtigung der Umschaltzeit der Meßtaster
61, 62 bzw. 75, 76 im Hinblick auf die Drehgeschwindigkeit des Zahnrades sowie den
Teilkreisdurchmesser entsprechend.