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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Anordnung zur Messung der lichten Weite zwischen Zahnrädern
in einem Zahnradgetriebe mit Innenverzahnung, wie zum
Beispiel in einer Zahnradpumpe.
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Mit dem Fortschritt der industriellen Maschinen werden
Innenverzahnungen, die ein Innenzahnrad und ein Außenzahnrad
enthalten, in steigendem Maße auf verschiedenen
Anwendungsgebieten verwendet, wie zum Beispiel in Werkzeugmaschinen,
Fahrzeugen oder Flugzeugen. Die Erfordernisse für eine
präzise Ausführung des Innenzahnrades und des Außenzahnrades
steigen in dem Maße an, wie das Zahnradgetriebe bei einer
höheren Geschwindigkeit mit einer höheren Kraft angetrieben
wird. Um derartige Erfordernisse zu erfüllen, wurden die
lichten Weiten zwischen den Zahnrädern einer
Getriebeanordnung, die einen Querschnitt wie in Fig. 7 besitzt, bisher
unter Verwendung einer Abstandslehre c gemessen, wie es
dort dargestellt ist. Eine Standardabstandslehre für diesen
Zweck mißt etwa 13 mm in der breite und ihre Dicke ist in
Vielfachen von 0,01 mm verfügbar.
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Ein derartiges konventionelles Meßverfahren für die lichte
Weite hat einige Probleme zur Folge, wie nachfolgend
festgestellt wird:
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1) Da die Abstandslehre eine Dicke besitzt, welche ein
Vielfaches von 0,01 mm beträgt, sind keine Abmessungen
kleiner als 0,01 mm meßbar.
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2) Der Druck, der auf die Abstandslehre ausgeübt wird, wenn
sie eingeführt wird, hängt von der die Messung
durchführenden Person ab. Dies führt zum Ansteigen der Meßfehler.
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3) Da die Standardlehre etwa 13 mm breit ist, kann sie
nicht verwendet werden, um eine lichte Weite zu messen,
deren Breite kleiner als 13 mm ist.
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4) Es erfordert viel Zeit, eine optimale Abstandslehre
entsprechend der Breite und Dicke der zu messenden lichte
Weite auszuwählen.
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5) Die Anzahl der Meßpunkte für die lichte Weite pro
Getriebeanordnung ist gleich der Anzahl der Zähne des
Innenzahnrades multipliziert mit der des Außenzahnrades. Es
dauert also unter Verwendung der Abstandslehren eine extrem
lange Zeit, um die Messungen an allen Meßpunkten
durchzuführen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und eine Anordnung zur Messung der lichten Weite
zwischen Zahnrädern bereitzustellen, bei welchen keine
Abstandslehren benötigt werden, welche einfach und genau sind
und welche die obengenannten Unzulänglichkeiten überwinden.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum Messen der lichten Weiten zwischen den
Zahnrädern eines Zahnradgetriebes mit Innenverzahnung
bereitgestellt, das ein Innenzahnrad und ein Außenzahnrad besitzt,
mit den Schritten, Positionieren des Innenzahnrades in eine
Position, so daß es um seine Achse drehbar ist, Anordnen
des Außenzahnrades um das Innenzahnrad, so daß es um seine
Achse drehbar und in Richtung der Mittellinie zwischen der
Achse des Außenzahnrades und der Achse des Innenzahnrades,
verschiebbar ist, Positionieren der Mitte eines
Zahnzwischenraumes entweder des Innenzahnrades oder des
Außenzahnrades und der Mitte eines Zahnes des jeweils anderen
Zahnrades auf der Mittellinie, und Verschieben des
Außenzahnrades entlang der Mittellinie abwechselnd in einander
entgegengesetzte Richtungen bis zum Anschlag des Innenzahnrades
an jeder Seite und Messen des Abstandes, um welchen sich
das Außenzahnrad bezogen auf das Innenzahnrad bewegt hat,
um die lichte Weite zwischen dem Innenzahnrad und dem
Außenzahnrad zu messen.
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Zum anderen besteht die vorliegende Erfindung in einer
Anordnung zum Messen der lichten Weiten zwischen den
Zahnrädern in einem Zahnradgetriebe mit Innenverzahnung, das ein
Innenzahnrad und ein Außenzahnrad besitzt, bestehend aus
einem Horizontaltisch zum Aufnehmen des Zahnradgetriebes
mit Innenverzahnung, einer Befestigungseinrichtung, die in
einer im Innenzahnrad ausgebildeten Bohrung eingesetzt ist,
um das Innenzahnrad in einer stationären Position drehbar
zu halten, einer an die Befestigungseinrichtung gekoppelten
Rotationswelle zum Drehen des Innenzahnrades um seine
Achse, einem Paar Vorspanneinrichtungen zum abwechselnden
Schieben des Außenzahnrades in einander entgegengesetzte
Richtungen entlang einer horizontalen Mittellinie, die die
Achse des Innenzahnrades mit der Achse des Außenzahnrades
verbindet, und einer Einrichtung zum Messen der Position
des Außenzahnrades, um den Abstand, um den sich das
Außenzahnrad oder die Vorspanneinrichtung bewegt hat, und die
lichte Weite zwischen dem Innenzahnrad und dem Außenzahnrad
zu bestimmen.
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Das Innenzahnrad und das Außenzahnrad werden
zusammengesetzt und auf dem Horizontaltisch angeordnet. Das
Innenzahnrad wird mit Hilfe einer Befestigungseinrichtung so auf
dem Horizontaltisch montiert, daß es um seine Achse
drehbar, jedoch nicht horizontal verschiebbar ist. Die
Rotationswelle, die mit der Befestigungseinrichtung gekoppelt
ist, kann durch eigen Knopf oder durch irgendeine andere
geeignete Antriebseinrichtung gedreht werden.
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Das Innenzahnrad und das Außenzahnrad werden so angeordnet,
daß entweder die Mitte eines Zahnzwischenraumes des
ersteren und die Mitte eines Zahnes des letzteren oder die Mitte
eines Zahnes des ersteren und die Mitte eines
Zahnzwischenraumes
des letzteren auf der oben beschriebenen Mittellinie
liegen. Nachdem das Innenzahnrad und das Außenzahnrad durch
ihre Drehung in Position gebracht wurden, wird ein Teil des
Paares der Vorspanneinrichtungen gegen das Außenzahnrad
gedrückt, um es in eine Richtung zu bewegen, bis es an das
Innenzahnrad anschlägt, damit die lichte Weite an der
druckaufnehmenden Seite auf Null reduziert wird. Die Drücke
auf das Außenzahnrad sollten konstant gehalten werden, um
Fehler bei der Messung zu minimieren. An der Seite, die der
druckaufnehmenden Seite entlang der Mittellinie
gegenüberliegt, befindet sich die zu messende lichte Weite. Die
Position der Außenkante des Außenzahnrades entgegengesetzt
zur druckaufnehmenden Seite wird unter Verwendung einer
Meßeinrichtung, wie zum Beispiel einer Meßuhr, gemessen.
Dann wird die andere Vorspanneinrichtung gegen das
Außenzahnrad gedrückt, um es in die entgegengesetzte Richtung zu
schieben, bis die lichte Weite auf der Seite des Meßpunktes
Null ist. Die Position des Meßpunktes wird wiederum durch
die Meßuhr abgenommen. Die Differenz zwischen den beiden
Positionen wird gemessen. Auf diese Weise kann entsprechend
der vorliegenden Erfindung die lichte Weite in einem
Zahnradgetriebe mit Innenverzahnung ohne Verwendung
irgendwelcher Abstandslehren genau gemessen werden.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die lichte
Weite leicht und genau lediglich durch Berechnen des
Verschiebungsweges des Außenzahnrades gemessen werden, anstatt
durch wiederholtes Einführen und Herausziehen einer
Abstandslehre an der lichten Weite, wie bei dem
konventionellen Verfahren.
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Bei dem manuellen oder automatischen Meßgerät für die
lichte Weite entsprechend der vorliegenden Erfindung werden
Meßfehler auf ein Minimum begrenzt, weil die Drücke, die
aus entgegengesetzten Richtungen auf das Außenzahnrad
wirken, im wesentlichen konstant gehalten werden.
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Andere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung
werden durch die folgende Beschreibung deutlich, die unter
Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt, bei
welchen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teiles des manuellen
Meßgerätes für die lichte Weite entsprechend der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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Fign. 2 bis 5 vergrößerte Ansichten eines Teiles derselben
darstellen, die zeigen, wie es verwendet wird;
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Fig. 6 eine schematische Ansicht darstellt, die ein anderes
Beispiel der Vorspanneinrichtung zeigt; und
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Fig. 7 eine Erklärungszeichnung darstellt, die ein
konventionelles Verfahren zum Messen der lichten Weite
veranschaulicht.
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Im Einzelnen sind in Fig. 1 durch die Bezugszahlen 1
beziehungsweise 2 ein Innenzahnrad und ein Außenzahnrad
gekennzeichnet. Das Außenzahnrad besitzt einen Zahn mehr als das
Innenzahnrad. Um das Innenzahnrad 1 in einer vorbestimmten
horizontalen Position drehbar zu montieren, wird eine
Befestigungsvorrichtung, wie zum Beispiel ein Bolzen 3, der im
wesentlichen denselben Durchmesser wie der Innendurchmesser
des Innenzahnrades 1 besitzt, mit seinem Zapfen 3' in eine
vertikale Rotationswelle 4 eingesetzt und darin durch eine
Feststellvorrichtung 5 befestigt. Die Rotationswelle 4 wird
durch einen Griff 7' an einem Gestell 7 über ein
Kegelgetriebe 6 und 6' gedreht. Ein anderer Bolzen 8 ist über dem
Innenzahnrad 1 angeordnet und durch Einsetzen seines
Zapfens 8' in einen Gewindeeingriff mit dem Bolzen 3 in einer
Lage befestigt, um die Auf- und Abwärtsbewegung des
Innenzahnrades 1 zu überprüfen.
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Auf der linken Seite der Zeichnungen ist ein Vorspannteil
vorgesehen, welches einen Kontaktteil 9 und eine Feder 10
enthält und dazu dient, das Außenzahnrad 2 an die rechte
Seite zu drücken. Der Druck, der auf das Außenzahnrad
ausgeübt wird, kann durch Justieren der Feder 10 verändert
werden. An der rechten Seite der Zeichnungen ist ein
anderes Vorspannungsteil vorgesehen, das einen Kontaktteil 11
und einen Knopf 12 enthält. Der Kontaktteil 11 kann durch
die Drehung des Knopfes 12 vor und zurück bewegt werden.
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Der Knopf kann durch eine Vorspanneinrichtung ersetzt
werden, die einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder
12', ein Dreiwegeventil 12'' und eine Pumpe 12''' enthält,
wie in Fig. 6 gezeigt wird.
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Das Innenzahnrad 1, das Außenzahnrad 2, der Bolzen 3 und
die Kontaktteile 9 und 11 sind auf einem Horizontaltisch 13
angeordnet, dessen Stützen 14 und 14' von einer Grundplatte
15 getragen werden. Eine Meßuhr 16 wird an dem
Horizontaltisch 13 oder von irgendeiner anderen geeigneten Position
aus über einen Arm befestigt, um die Verschiebung des
Außenzahnrades zu messen.
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Als nächstes soll anhand eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die Fig. 2 bis 5 erläutert werden, wie das Meßgerät für
die lichte Weite angewendet wird.
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Das Innenzahnrad 1 wird auf dem Horizontaltisch 13 direkt
über der senkrechten Rotationswelle 4 angeordnet. Der
Bolzen 3 wird in die Bohrung des Innenzahnrades 1 eingesetzt,
um das Innenzahnrad mit der Rotationswelle 4 auszurichten.
Das Innenzahnrad 1' ist bezogen auf die Rotationswelle 4
drehbar montiert. Das Außenzahnrad 2 wird dann um das
Innenzahnrad gesetzt. Wenn das Innenzahnrad eine ungerade
Anzahl von Zähnen besitzt, wird der Griff 7 gedreht, bis die
Mitte des Zahnzwischenraumes des Innenzahnrades 1 auf der
Mittellinie liegt, die die Achse des Kontaktteiles 9 mit
der Achse des Innenzahnrades 1 verbindet, wie in Fig. 2
gezeigt wird. Wenn das Innenzahnrad 1 eine gerade Anzahl
von Zähnen besitzt, kann die Mitte der Zähne des
Innenzahnrades auf die Mittellinie aufgesetzt werden. Das
Außenzahnrad 2 wird in die Position um das Innenzahnrad 1 gebracht,
indem der Kontaktteil 9 von Hand gegen die Vorspannung der
Feder 10 zurückgedrückt wird.
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Dann wird der Kontaktteil 9 losgelassen, so daß das
Außenzahnrad 2 mit einer Kraft P1 gegen das Innenzahnrad 1
gedrückt wird. Wenn sich in dieser Situation das Außenzahnrad
2 und das Innenzahnrad 1 nicht in einem hinreichenden
Meßeingriff zwischen der Zahnspitze und dem
Zahnzwischenraum befinden, wie in Fig. 2 gezeigt wird, wird das
Außenzahnrad 2 manuell ausgerichtet, um die Mitte seines Zahnes
oder Zahnzwischenraumes genau auf die Mittellinie zu
bringen. Jetzt ist die lichte Weite zwischen dem Außen- und dem
Innenzahnrad an der linken Seite der Fig. 2 gleich Null.
Folglich ist die zwischen den Zahnrädern an der rechten
Seite definierte lichte Weite gleich der zu messenden
lichten Weite Lx. In dieser Stellung wird die Meßuhr 16 an das
rechte Ende des Außenzahnrades 2 angelegt, um seine
Position bezogen auf einen Bezugspunkt abzulesen, wie in Fig. 3
gezeigt wird. Vorzugsweise sollte eine Führung vorhanden
sein, damit sich das Außenzahnrad 2 nur parallel zur
Mittellinie bewegen kann, wie in den Fign. 2 und 4 durch die
punktierten Linien angedeutet ist.
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Nach der Messung wird der Knopf 12 gedreht, so daß sich
sein Gewindezapfen vorwärts bewegt, während die Vorspannung
der Feder 10 von Hand entlastet wird, um den Kontaktteil 11
mit der Kraft P2, die größer als P1 ist, anzudrücken und
das Außenzahnrad 2 an die linke Seite zu bewegen, bis es an
das Innenzahnrad 1 anschlägt, wie in Fig. 4 gezeigt wird.
Die Meßuhr 16 wird wieder an das rechte Ende des
Außenzahnrades angelegt, wie in Fig. 5 gezeigt wird, um seine
Position abzulesen. Das Außenzahnrad 2 wird also abwechselnd
durch zwei Kräfte bewegt, deren Richtungen einander
entgegengesetzt sind und die parallel zur Mittellinie, die die
Achse 0 kreuzt, wirken. Die zu messende lichte Weite wird
durch die Berechnung des Abstandes, um welchen sich das
Außenzahnrad 2 bewegt hat, ermittelt.
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Die Meßuhr 16 kann anstatt gegen das Außenzahnrad 2 auch
gegen den Kontaktteil 9 oder 11 angelegt werden, um die
Bewegung des Kontaktteiles zu messen.
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In dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel
besitzt das Innenzahnrad 1 neun Zähne und das Außenzahnrad 2
zehn Zähne. Das bedeutet, daß pro Satz 90 Punkte gemessen
werden müssen. Um die Meßwerte an den 90 Punkten
abzunehmen, wird das Innenzahnrad 1 bezogen auf das Außenzahnrad
2, das stationär gehalten wird, um Winkelbeträge, die
seinem Zahnabstand entsprechen, gedreht, um jeden einzelnen
seiner neun Zähne in Eingriffstellung mit jedem Zahn des
Außenzahnrades 2 zu bringen und die lichte Weite, die so
zwischen dem Innenzahnrad 1 und dem Außenzahnrad 2 gebildet
wird, zu messen. Jedesmal, wenn das Innenzahnrad 1 in der
beschriebenen Weise eine volle Umdrehung gemacht hat, wird
das Außenzahnrad 2 um einen Zahnabstand vorwärts gedreht
und die Messungen werden wiederholt, bis es auch eine volle
Umdrehung gemacht hat.
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Bei dem oben beschriebenen manuellen Meßgerät für die
lichte Weite können Teile durch die folgenden Teile ersetzt
werden, um seine Arbeitsweise zu automatisieren. Der
Kontaktteil 9, die Feder 10, der Kontaktteil 11 und der Knopf
12 können nämlich durch einen hydraulischen oder
pneumatischen Druckzylinder (einschließlich der Kontaktteile)
ersetzt werden, und der Griff 7' durch einen Schrittmotor, so
daß die Verschiebungen des Außenzahnrades automatisch durch
Wandlung der von der Meßuhr 16 erhaltenen Meßergebnisse in
elektrische Signale und Eingabe der Signale in einen
Computer
errechnet werden können. Um eine automatische
Wirkungsweise des gesamten Mechanismus in einer koordinierten Art
und Weise zu erreichen, ist eine Steuerschaltung
vorgesehen, welche als Folgeschaltung arbeitet und Befehle an die
Druckzylinder auf die beiden Seiten gibt, um das
Außenzahnrad nach rechts oder links zu drücken, an die Meßuhr, um
die Verschiebung des Außenzahnrades zu messen, als auch an
das Innenzahnrad, damit seine Achse für jede Messung um
einen Winkel, der gleich seinem Zahnzwischenraumabstand
oder seinem Zahnabstand ist, gedreht wird, so daß jeder
Schritt in dieser Reihenfolge ausgeführt wird.
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Obwohl in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel das
Innenzahnrad in einer stationären Position drehbar gehalten
wird, wohingegen das Außenzahnrad in Richtung der
Mittellinie verschiebbar ist, ist es auch möglich, das
Außenzahnrad in einer stationären Position zu befestigen und zu
erlauben, daß sich das Innenzahnrad entlang der Mittellinie
bewegt. In diesem Fall wird das Innenzahnrad an einer
Befestigungseinrichtung montiert, welche drehbar ist und nur in
Richtung der Mittellinie verschiebbar ist. Die Bewegung des
Innenzahnrades bezogen auf das Außenzahnrad wird durch die
Messung der Verschiebung der Befestigungseinrichtung
errechnet.
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Das manuelle Meßgerät für die lichte Weite entsprechend der
vorliegenden Erfindung kann ein Hauptproblem beseitigen,
das man bei dem konventionellen Verfahren der Messung der
lichten Weiten antrifft, daß nämlich die Abweichungen der
Meßergebnisse zwischen den die Messung durchführenden
Personen so groß sind, daß es unmöglich ist, zu bestimmen,
welche richtig sind (in einem Versuch betrug der mittlere
Meßfehler bei fünf Meßpersonen 0,04 mm). Entsprechend der
vorliegenden Erfindung betrug der mittlere Fehler nicht
mehr als 0,01 mm bei dem manuellen Meßgerät und nicht mehr
als 0,005 mm bei dem automatischen Meßgerät für die lichte
Weite. Derart geringe Fehlerwerte sind hauptsächlich den
stabilen und konstanten Zwei-Wege-Drücken zu danken, die
auf das Außenzahnrad wirken.
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Bei dem konventionellen Verfahren zur Messung der lichten
Weite werden etwa 90 Minuten benötigt, um an den 90 Punkten
zwischen dem Innenzahnrad mit neun Zähnen und dem
Außenzahnrad mit zehn Zähnen die lichten Weiten zu messen. Im
Gegensatz dazu werden bei dem manuellen Meßgerät für die
lichte Weite entsprechend der vorliegenden Erfindung nur
neun Minuten für dieselben Messungen gebraucht und bei dem
automatischen Meßgerät für die lichte Weite nur zwei
Minuten.