DE7428116U1 - Zahnradprüfmaschine mit reibradgetriebenem Aufnahmetisch und Positionskodierer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zahnradprüfmaschine, die insbesondere brauchbar ist zum Messen von Zahnrädern mit Schrägverzahnung und Evolventenverzahnung, speziell für große Zahnräder in der Größenordnung 100 bis 150 cm oder mehr im Durchmesser. Die Messung des Steigungswinkels und der Evolvente erfordern beide eine genaue zeitliche Beziehung zwischen einer drehenden Achse und einer linear angetriebenen Testsonde. Bekannte Evolventenprüfer benutzen eine Verhältnisschiene (ratio bar) in Verbindung mit einem Hauptbasissektor oder einer Hauptbasisscheibe. Dieser Maschinentyp hat physikalische Grenzen, die der Genauigkeit der Maschine und der Bauform des Zahnradaufnahmetisches bei der Messung größerer Zahnräder im Bereich 100 bis 150 cm oder mehr im Durchmesser enge Grenzen setzen. Die zeitliche Beziehung zwischen der rotierenden Achse und der Linearbewegung bei der bekannten Steigungswinkelprüfmaschine wird üblicherweise durch eine Sinusschieneneinheit (sine bar unit) erhalten, die eine genaue Winkelmessung überträgt. Maschinen, die diese Vorrichtungen aufweisen, sind aus den US-PS 2 787 060 und 2 998 657 ersichtlich.

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Die vorliegende Erfindung vermeidet die Verhältnisschiene und die Sinusschiene und verwendet eine große Scheibe oder einen großen Basiskreis, der mit dem Zahnradaufnahiaetisch gekoppelt ist· Der große Basiskreis ist betrieblich einem Kodierer zugeordnet, der durch elektronische Impulse die Winkel- bzw. Drehbewegung der Basisscheibe registriert. Die Eingabe dieses Kodierers wird vorteilhaft durch Verwendung einer Scheibe kleinen Durchmessers erhalten, die normalerweise durch· den äußeren Umfang der größeren Basisscheibe angetrieben wird. Dieses große Verhältnis zwischen der Basisecheibe und der Kodiererscheibe liefert einen großen Genauigkeitsbereich bei der Bestimmung der Vinkelbewegung der Scheibe.

Zwei einfache Scheiben mit richtig berechneten Durchmessern, die gemeinsam rotieren, können einen wesentlich größeren Bereich des Verhältnisses und eine wesentlich größere Genauigkeit ergeben, als dies mit anderen Vorrichtungen möglich • let.

In der Anordnung, Herstellbarkeit und beim Zusammensetzen dieser Vorrichtung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen:

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1. Flexibilität - ein großer Bereich des Verhältnisses kann erreicht werden.

2« Änderungen können schnell durch Ändern des Durchmessers der zusammenarbeitenden Scheiben erreicht werden.

3. Runde Ausbildung - leicht herstellbar - leicht bearbeitbar.

4·. Das exakte Verhältnis kann einfach durch erneutes Schleifen der Heineren Scheibe erhalten werden.

5· Exakter Antrieb kann dadurch erhalten werden, daß die Scheiben mit Federn, justierbaren Andruckschienen, Gewichten od. dgl. in Kontakt gehalten werden.

Zusammenfassend liefert die Verwendung des Basisscheibenprinsips zusammen mit Schrittmotoren und Getrieben einen .großen Verstellbereich bei niedrigen Kosten, der mit anderen bekannten Methoden nicht erreichbar ist.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung

einer Zahnradprüfmaschine mit einem drehbaren Tisch zur Aufnahme eines zu prüfenden Zahnrades, der durch eine Welle mit einer Baisisscheibe großen Durchmessers gekoppelt ist, die durch Reibung von einem Had kleinen Durchmessers angetrieben ist, das sich in Eingriff mit dem Umfang der großen Basisscheibe befindet, wobei die große Basisscheibe wiederum durch Reibung ein kleines Rad antreibt, das mit einem die Position anzeigenden Kodierer gekoppelt ist.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Zahnradprüfmaschine mit einem drehbaren Tisch aur Aufnahme eines zn prüfenden Zahnrades, wobei der Tisch mit einer Basisscheibe großen Durchmessers gekoppelt ist und von im Querschnitt kreisförmiger Ausbildung ist, wobei sein Umfang zum Antrieb einer Scheibe vorbestimmten Durchmessers benutzt wird, die wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der Basisscheibe und die mit einem Kodierer gekoppelt ist, der ein Signal liefert, das das Maß der Drehung des AuJöahmetisches anzeigt.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Antriebs- und. Kodier sy stemea für eine Zahnradprüfmaschine, bei dem ein Tisch /ur Aufnahme des au prüfenden Zahn-

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rades mit einer Geschwindigkeit antreibbar ist, die durch Änderung des Durchmessers eines kleines Antriebs« rades leicht geändert werden kann, das'verwendet wird, um eine größere Basisscheibe durch Bibung anzutreiben, welche mit dem drehbaren Tisch gekoppelt ist, und die Auflösung des Kodierers, der Signale aussendet, die die Drehung des Tisches wiedergeben, kann leicht verändert werden durch Veränderung des DurcJimessers eines kleinen Rades, das durch Eeibung von der Basisscheibe großen Durchmessers angetrieben wird.

Andere Zwecke und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Erfindung.

Die Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Zahnradprufmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, unter Darstellung der erfindungsgemäßen großen Basisscheibe, des erfindungsgemäßen Reibantriebesund des erfindungsgemäßen Kodierers und *

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung der Zahnradprüfmaschine gemäß Fig. 1.

In Pig· 1 ist eine perspektivische Ansicht der Zahnradprüfmaschine 10 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das zu prüfende Zahnrad wird auf dem großen Tisch 12 angeordnet» der vom Unterteil 14 getragen wird. Der nicht", dargestellte Tischantriebsmotor ist im Unterteil 14· angeordnet und dreht den Tisch 12 mit gesteuerter Geschwindigkeit. Die Evolventenmeßsonde. 16 ist zu linearer horizontaler Bewegung entlang der Evolventenführung 17 angetrieben duich den Evolventensondenantrieb 18, angeordnet· Die Winkelmeßsonde 20 ist zu linearer Bewegung in vertikaler Richtung in dem Langschlitz 19, angetrieben von dem von dem Träger 24 gehaltenen Winkelsondenantrleb 22, angeordnet. Die Sonden 16 und 20 können druckempfindliche Sonden des üblicherweise bei Zahnradprüfmaschinen verwendeten Typs sein, bei denen auf die Tastenden 16a bzw. 20a der Sonden 16 und 20 einwirkender Druck die Bewegung eines magnetischen Stückes in einem nicht dargestellten variablen Differenzialübertrager steuert, so daß dieser ein elektrisches Signal erzeugt, das von der Größe des Druckes an der Meßsonde abhängt.

Unter dem Aufnahmetisch 12 und innerhalb des Unterteiles ist eine große kreisförmige Basisscheibe 26 auf der Welle befestigt, die wiederum mit dem Tisch 12 gekoppelt ist, so daß dieser mit der Scheibe 26 drehend angetrieben wird. Geeignete übliche, nicht dargestellte Lager sind vorgesehen,

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um die Rotation des Tisches 12 zu ermöglichen« Bin Kodierer 28 konventioneller Ausbildung kann um Unterteil 14· mit Schrauben oder dgl. befestigt sein, die in die Löcher 31 in den Armen 33 eingreifen, und weist ein kleines angetriebenes Bad 30 auf, das durch die große Basisscheibe 26 angetrieben ist, um kodierte Signale au erzeugen, die die Winkeldrelmng des Aufnahmetisches 12 wiedergeben. Der Durchmesser der Basisscheibe 26 ist annähernd gleich dem Durchmesser des Tisches 12 und vorzugsweise wenigstens zehnmal größer als der Durchmesser des Kodierrades 30» um sicherzustellen, daß der Kbdierer auf relativ kleine Winkeldrehungen des Tisches 12 anspricht.

TJm Qine genaue Messung der Evolventen und des Steigungswinkels eines Zahnrades sicherzustellen, ist es notwendig, daß die Bewegung des Aufnahmetisches 12 mit der linearen Bewegung der Evolventensonde 16und der Steigungswinkelsonde 20 genau synchronisiert wird. Das elektrische System der vorliegenden Erfindung, das die gewünschte Steuerung bewirkt, ist in den Figuren 2 und 3 in einem Blockschaltbild dargestellt.

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In der Zahnradprüfmaschine der vorliegenden Erfindung kann zu einer bestimmten Zeit entweder die schräge Evolvente oder der Steigungswinkel geprüft werden. Die Auswahl der Winkel- bzw. EvolventenmeSfunktion geschieht mit einem Mehrfachauswahlsehaitar 36, der in den Büguren 2 und 3 dargestellt i3t. Die Position des Schalters 36 in den Figuren 2 und 3 stellt die Winkelmeßposition dar· Wenn der Schalter 36 in der Winkelmeßposition steht, ist die vertikale Bewegung der Winkelsonde 20 mit der Rotationsbewegung des Tisches 12 synchronisiert. Das Antriebssystem für den Tisch 12 ergibt sich durch die Verwendung eines Impulsgenerators 38, der mit einem Schrittmotortreiber 40 gekoppelt ist, der Antriebsimpulse für den Antriebsschrittmotor 42 liefert. Wenn.der Schalter 36 in der Winkelmeßposition steht, schließt das Relais 44r die Kontakte 44k, wodurch die beiden Relais 5Or und 52r erregt werden. Das Relais 5Or schließt den Kontakt 44c, während das Relais 52r die Kontakte 52c schließt, wodurch ein Aufzeichnungsgerät 80 zu synchroner Bewegung einge-Behaltet wird, wie dies später im einzelnen beschrieben wird. Wenn der Schalter 36 in der Svolventenstellung steht, wird das Relais 54r anstelle des Relais 44r eingeschaltet. Hierdurch werden die Kontakte 54k geschlossen, so daß wiederum die beiden Relais 5Or und 52r erregt werden und somit wiederum die Kontakte 44c und 52c geschlossen v/erden.

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Der Spindelantriebsmotor 42 wird erregt und erhalt Antriebssignale durch die Leitung 43· Wenn der Spindelantriebsmotor 42 weitergeschaltet wird, wird die Ausgangswelle 45 des Motors 42 angetrieben. Die Welle 45 treibt das Getriebe 47, das wiederum die Welle 49 treibt, die mit dem Antriebsreibrad 51 gekoppelt ist. Das Getriebe 47 ergibt vorzugsweise ein übersetzungsverhältnis von wenigstens sehn zu eins, und der Durchmesser des Antriebsrades 51 ist vorzugsweise gleich dem Durchmesser des Kodiererrades 30. Die hohe Auflösung des Antriebs- und Kodiersystemes der vorliegenden Erfindung wird anhand typischer Parameter in der Systemkomponenten erläutert. Beispielsweise beträgt der Durchmesser der Basisscheibe 26 100 cm. Der Schrittmotor 42 macht dann eine Umdrehung, die einer Umdrehung des Kodierers 28 entspricht. Wenn der Kodierer 28 25·ΟΟ0 Impulse bei einer Umdrehung der Scheibe 30 erzeugt, so werden bei einer Umdrehung des Tisches 12 2.500*000 Impulse erzeugt. Es zeigt sich daher, daß das erfindungsgemäße Kodiersystem von solcher Art ist, daß jeder Ausgangsimpuls des Kodierers 28 einen sehr kleinen Winkelschritt des zu untersuchenden Zahnrades darstellt. Die Drehung des Kodierers 28 ergibt eine kodierte Darstellung des Maßes der Winkelverschiebung des Tisches, 12, die aus einer Serie von Impulsen besteht mit einer Geschwinägkeit, die der Drehgeschwindigkeit

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des Tisches 12 entspricht· Diese Impulsreihe von dem Kodierer 28 wird über eine Leitung 53 dem Vervielfacher 60 zugeführt, der mehrere Ausgangsimpulse für 3eden Eingangsimpuls erzeugt.

Der Zweck des Geschwindigkeitsvervielfachers 60 besteht darin, die Geschwindigkeit der Winkelprofilsonde 20 su erhöhen. Hierbei muß bemerkt werden, daß, wenn der Schalter 36 in der Evolventenstellung steht, der Ge« Bchwindigkeitsvervielfacher 60 umgangen wird und die Ausgangsimpulse von dem Kodierer 28 direkt dem Geschwindigkeitsvervielfacher 62 zugeführt werden. Dies geschieht deswegen, weil die Steigungsmeßsonde 20 für lange Steigungen mit größerer Geschwindigkeit angetrieben werden muß als die Evolventenmeßsonde 16. Abgesehen davon werden jedoch sowohl die Evolventen- als auch die Steigungssonde im wesentlichen in derselben Weise gesteuert.

Der Zweck des Geschwindigkeitsvervielfachers 62 besteht darin, eine Serie von Ausgangsimpulsen zu erzeugen, die bei vorgegebenen Teilungsverhältnissen zu den Eingangsimpulsen vom Kodierer 28 auftreten. Der Geschwindigkeitsmultiplizierer 62 ist so konstruiert, daß er die Sigenale von dem Kodisrer 2 8 mit einem variablen vorgegebenen Faktor und nicht mit einem konstanten Faktor multipliziert. Bei der Überprüfung

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« eines bestimmten Zahnrades ist es notwendig, entweder :! manuell oder mit Hilfe eine aufgezeichneten Programmes , die geeigneten vorgegebenen Faktoren einzustellen, mit denen der Geschwindigkeitsvervielfacher 62 sowohl für den Evolventen- als auch für den Steigungsprüfzyklus gesteuert wird. Diese Faktoren sind Di^italzahlen, die,

wenn sie in dem mit dem Geschwindigkeitsvervielfacher 62 gekoppelten Binärzähler 64- enthalten sind, den ge-

eigneten Frequenzmultiplikationsfaktor vorgeben, um die Geschwindigkeit der Winkel- und der Evolventensonde 16, 17 mit der Drehgeschwindigkeit des Tisches 12 zu synchronisieren· Der Geschwindigkeitsvervielfacher 62 ist von bekannter Ausführung. 3n geeigneter Schaltungstyp zum Gebrauchen der vorliegenden Erfindung ist der Multiplizierer K1848, vertrieben durch die Firma Digital Equipment Corporation, ·· Γ Maynard, Massachusetts.

Die Art und Weise» in der der vorgegebene Multiplikationsfaktor in dem Binärzähler 64 eingestellt wird, ist aus Hg.'2 ersichtlich. Die gewünschte Digitalzahl, die erforderlich ist, um das geeignete Verhältnis des Geschwindigkeitsvervielfachers 62 einzustellen, wird in die Digitalschalter 66 eingegeben. Der Impulsgenerator 68 liefert dann

Impulse für den binär kodierten Dezimal - (BCD) Zähler 70, der zunächst auf eine von dem Digitalsehalter 66 vorgegebene Zahl gesetzt wird. Der BCD-Zähler 60 zählt bis Null zurück. Eine Digitalanzeige 72, die mit dem Zähler 70 gekoppelt ist, gibt eine, kontinuierliche, sichtbare Anzeige des Inhaltes des Zählers 70. Der Binärzähler 64 steht zunächst auf Null, wenn der BCD-Zähler auf die Zahl von den Digitalsehaitern 66 gesetzt wird. Der Binärzähler 64 zählt aufwärts und sählt solange, bis die von den Digiialschaltern 66 vorgegebene Zahl erreicht ist, zu welcher Zeit die Zahl im BCD-Zähler 70 Null ist.

Mit dem korrekten Multiplikationsfaktor für den Geschwindigkeitsvervielfacher 62, der durch die Zahl im Zähler 64 vorg^gsfrsn ist, liefert der Geschwindigkeitsvervielfacher in Übereinstimmung mit dem durch die Schalter 66 vorgegebenen Faktor Impulse für eine konventionelle Schrittmotortreiberschaltung 74, wodurch die gewünschte Synchronisation der Linearbewegung der Sonden 16 und 20 mit der Rotation des Tisches 12 erhalten wird. Wenn der Schalter 66 in der Winkelmeßposition steht, ist das Relais 64r erregt und der Kontakt 44s geschlossen, so daß die Schrittmotortreiberschaltung 7^ den Antriebsschrittmotor 76 für den Winkelmeßschlitten und

den Winkelantriebsmechanismus 22 durch die geschlossenen Kontakte 44s antreibt. Andererseits sind die Eontakte 44e offen wenn der Schalter 36 in der Evolventenmeß-Btellung steht, und die Kontakte 54s sind geschlossen, so daß die Schrittmotorsteuerschaltung 74 den Evolventenschlitten-Antriebsschrittmotor 78 und den Evolventenantriebsmechanismus 18 durch die geschlossenen Kontakte 54s antreiben kann.

ITm eine fortlaufend geschriebene Aufzeichnung des untersuchten Zahnrades zu erhalten, wird ein Aufzeichnungsgerät 80 verwendet. Das Afuf zeichnungsgerät 80 vLrd von einem Aufzeichnungsantriebsschrittmotor 82 getrieben, der Impulse von der Aufzeichnungsmotortreiberschaltung 84 über die Kontakte 52c erhält. Die Aufzeichnungsschrittmotorantriebsgeschwindigkeit ist im allgemeinen unterschiedlich, abhängig davon, ob die Evolventensonde 16 oder die Winkelsonde 20 angetrieben ist. Dies iird durch den Schalter 36 erreicht, der entweder den Evolventengesehwindigkeitsvervielfacher 86 .oder den Winkelgeschwindigkeitsvervielfacher 88 mit dem Schrittmotorsteuersystem 84 koppelt; Die Geschwindigkeitsvervielfacher 86 und. 88 sind ähnlich dem Vervielfacher 60, da sie die eingehenden Impulse mit einem festen Verhältnis muldplizieren, um Äusgangsimpulse mit einer Frequenz au er-

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zeugen, die geeignet ist, um den Aufzeichner 80 mit der Linearbewegung der Sonden 16 bzw. 20 und mit der Drehbewegung des !Tisches 12 zu synchronisieren.

Das Kodiersystem der oben beschriebenen Erfindung liefert eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellen Kodiersystemen. Das Kodiersystem erlaubt die Verwendung relativ billiger Kodierer 28 zur Erzeugung einer mindestens zehnfach höheren Impulszahl als mit den bekannten Methoden erreichbar. Die übliche Befestigungsmethode Betzt den Kodierer auf dieselbe Achse wie den Tisch 12. Ein in üblicher Weise auf der Achse des Tisches 12 montierter Kodierer müßte die zehnfache Impulszahl produzieren und würde sehr groß und teuer sein, etwa acht bis zehnmal so teuer um dieselbe Arbeit zu verrichten.

Die Anordnung des Kodierers an der Seite der Basisscheibe 26 unter dem Tisch, wie aus Fig. 1 ersichtlich jerlaubt außerdem, ein großes Loch 13 in den Tisch 12 vorzusehen. Dies ist sehr wichtig, da es die Prüfung von Zahnrädern mit langer Welle erlaubt, wobei die Welle in das Loch 13 des Tisches versenkt wird, während das Zahnrad auf dem Tisch 12 ruht. Ohne ein großes Loch in dem Zahnradaufnahmetisch ist der An-

venduBgebereich einer Zahnradprüfmasohine erheblich eingeschränkt.

Claims (4)

Dipl.-ing. TEE. HAUCK ■ dipl.-phVs.W: SCHMITZ :· DIPL.-ing. W. WEHNERT · dipl.-phys. W.CARSTENS · dr.-ing. W. DÖRING HAMBTTHG · MÜNCHEN · DÜSSELDORF • FATBNTAN WXLTE · NEUER WALL «1 ■ 2000 HAMBVBG 80 · SCHMITZ-GHAALFS NEUER WALL 41 ■ SOOO HAMBURG TELEFON + TELECOPIER (040) SO 67 03 74 28 116.6 tblkx 0211 ?eo inpat d CABLE NEGEDAFATKNT HAMBURG Illinois Tool Works, Ine, hauck*cahstens MOZARTSTRASSE 23 -8000MÜNCHEN KnualfeaVfe· OQ 000 —1Q TELEFON + TELECOPIER (OSO) 83 92 36 AnwaitsajCte. ^y Δ*£ I» cableneoedafatentMünchen WEHNERT-DÖRING K.-WILH.-RING41-4000 DÜSSELDORF TELEFON' (0211) 37 00 27'28 TBLEX 08 OS« SSO DYNA D CABLE NEGEDAPATENT DÜSSELDORF ZUSTELLUNGSANSCHRIFT/PLEASE HEPLY TO: HAMBURG, 30. AugUSt 1979 Zahnradprüfmaschine mit reibradgetriebenem Aufnahmetisch und Positionskodierer Ansprüche

1. Zahnradprüfmaschine mit einem Rahmen, einem Tisch zur Aufnahme des zu prüfenden Zahnrads, der drehbar am Rahmen befestigt ist, mit einer am Rahmen angebrachten, der Anzeigevorrichtung die Oberflächenvariationen des Zahnrads anzeigenden Signale für eine Anzeigevorrichtung zuliefernden Abtasteinrichtung, die in der Nähe der Auflage des Zahnrads auf dem Tisch angebracht ist und mit einem am Rahmen angeordneten Antrieb für den Antrieb der Abtasteinrichtung synchron zum Tisch, gekennzeichnet durch_eine erste Welle (27) , über welche eine verhältnismäßig große Kreisscheibe (26) mit dem Tisch (12) verbunden und unterhalb von diesem befestigt ist; zwei kleine kreisräder (51_f 30), deren Durchmesser jeweils wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der großen Kreisscheibe (26) und die mit dem Umfang gegen den Umfang der großen

VERTJIETJER ΙΙΕ,ΙΜ EUROPÄISCHEN PATENTAMT ADMITTED REPRUJE^TVrSJVU^ UEFORB yil&EUROPEAN PATENT OFFICE

Kreisscheibe (26) anliegen, wobei das erste kleine Rad
(51) über eine zweite Welle (49) mit einem Antrieb (42,
47) verbunden ist, eine mit dem zweiten kleinen Rad (30)
gekoppelten und von der Funktion der Drehung des Tisches (12) abhängige Ausgangssignale erzeugenden Kodiereinrichtung (28) die ebenfalls am Rahmen angeordnet ist.

2. Zahnradprüfmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-, daß zwischen dem Antrieb (42, 47) und der zweiten Welle (49) ein Reduktionsgetriebe (47) angeordnet ist.

3. Zahnradprüfmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (42, 47) ein Schrittmotor (42) ist, dessen Ausgangswelle (45) mit dem Reduktionsgetriebe (47) gekoppelt ist.

4. Zahnradprüfmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite kleine
Rad (51, 30) im wesentlichen denselben Durchmesser besitzen.