DE3712920A1 - Verfahren und vorrichtung zur teilungspruefung von zahnraedern - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Teilungs­ prüfung von Zahnrädern, insbesondere Großzahnrädern durch ein vorzugsweise transportables Meßgerät mit nur einem Meßtaster, der in die Lücken des zu prüfenden Zahnrades hineingefahren und in Höhe des Meßkreises in Anlage mit den Zahnflanken gebracht wird, wobei der Meßtaster die Position der einen Flanke, dann die Position der gegenüber­ liegenden Flanke einer Zahnlücke erfaßt daraufhin aus die­ ser Lücke heraus und in die nächste Lücke hineinfährt, wo­ rauf sich der Vorgang wiederholt, bis das sich drehende Zahnrad über seinen ganzen Umfang durchgeprüft ist.

Dieses Prüfverfahren ist vor allem für die Prüfung kleiner und mittlerer Zahnräder bekannt. Dabei ist das zu prüfen­ de Zahnrad mit einem Präzisions-Winkelnormal verbunden. Die Messung beruht auf dem direkten Vergleich der Winkel­ lage der einzelnen Zähne mit dem Winkelnormal. Über die Teileinrichtung des Winkelnormals wird das Zahnrad der jeweiligen Soll-Winkellage entsprechend positioniert. Die Teilungsabweichung ergibt sich aus der Tangential­ abweichung eines in die Lücke eingefahrenen und an die zu prüfende Zahnflanke angelegte Meßtasters. Als beson­ ders günstig haben sich dabei sogenannte pendelnde Meß­ taster erwiesen, die bei sich ununterbrochen drehendem Zahnrad automatisch in die Zahnlücken hineingeführt wer­ den und zunächst die linke, danach die rechte Zahnflanke abtasten und sodann wieder herausgeführt werden. Dadurch kann während eines Umlaufes des Zahnrades die Stellungsab­ weichung der Zahnflanken relativ zu dem Winkelnormal und somit die Teilungsabweichung gemessen und registriert werden.

Für die Prüfung von Großzahnrädern ist dieses Verfahren jedoch zu ungenau, weil der an sich geringe Fehler des Winkelnormals proportional mit dem Zahnraddurchmesser zunimmt.

Die Teilungsprüfung von Großzahnrädern erfolgt deshalb im allgemeinen mit zwei Tastern, die gleichzeitig an entspre­ chende Flanken des zu prüfenden Zahnrades herangeführt werden.

Zum Stand der Technik sei nur beispielshalber auf die DE- OS 32 12 079 und 32 12 081 hingewiesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Teilungsprüfung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß mit nur einem Meß­ taster auch Großzahnräder geprüft werden können. Insbe­ sondere soll sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Geräten, etwa gemäß der DE-OS 33 20 983 realisieren lassen, die bisher nur zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der Zahnschräge geeignet waren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erfassung der Flankenposition bei stillstehendem Zahn­ rad erfolgt, das nach Erfassung mehrerer, im allgemeinen aufeinanderfolgender Flanken der Meßtaster in seinen zu Beginn dieser Meßreihe eingenommenen Ausgangsbereich zu­ rückgefahren und das Zahnrad soweit beigedreht wird, daß der Meßtaster zu Beginn seiner neuen Meßreihe mit einer der zuletzt gemessenen Flanken in Anlage kommt, um un­ ter Berücksichtigung deren Position die neue Drehstel­ lung des Zahnrades zu erfassen und daß sodann die neue Meßreihe beginnt.

Erfindungsgemäß wird also der Zahnradumfang in zahlreiche aufeinanderfolgende Umfangsbereiche unterteilt, die so groß gewählt werden, daß der Meßtaster im Rahmen einer fortlaufenden Meßreihe bei stillstehendem Zahnrad diesen Umfangsbereich gerade noch überstreichen kann. Sodann wird der Meßtaster in seinen Ausgangsbereich zu Beginn dieser Meßreihe, zweckmäßig in seine genaue Ausgangsposition zu­ rückgefahren und gleichermaßen wird das Zahnrad beige­ dreht, damit der nächste, noch nicht vermessene Umfangs­ bereich in den Arbeitsbereich des Meßtasters kommt. Dieses Zurückbewegen des Meßtasters und des Zahnrades kann mit dem in der zuletzt gemessenen Zahnlücke verbleibenden Meß­ taster erfolgen, zweckmäßig wird aber vorher der Meßtaster herausgefahren und unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Zahnrades in die Ausgangsposition zurückbewegt.

Um die nun folgende Meßreihe exakt an die vorherige Meß­ reihe anzuschließen, muß der Meßtaster zunächst an eine der bereits gemessenen Flanken, am besten an die zuletzt gemessene Flanke der vorherigen Meßreihe herangeführt werden und ihre neue Position (nach der Verdrehung des Zahnrades) erfassen. Dadurch steht der Rückdrehwinkel des Zahnrades fest und ebenso steht die Zuordnung der nun fol­ genden neuen Meßreihe relativ zur ersten Meßreihe fest.

Auf diese Weise kann das Zahnrad intermittierend über seinen ganzen Umfang durchgeprüft werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen zum einen darin, daß man kein Winkelmeßsystem für die jeweili­ ge Drehstellung des Zahnrades benötigt. Vielmehr muß le­ diglich die Position des Meßtasters ermittelt werden, was durch Linearmeßsystme mit einer Genauigkeit von 0,1µm mög­ lich ist. Zum anderen darin, daß man nur einen Meßtaster benötigt, was nicht nur den baulichen Aufwand verringert, sondern auch die Meßgenauigkeit verbessert. Und nicht zu­ letzt darin, daß die Messung immer bei stillstehendem Zahnrad erfolgt, wodurch die bisher unvermeidlichen Prell­ effekte zwischen Meßtaster und sich vorwärts drehendem Zahnrad entfallen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das erfindungsgemäße Teilungsprüfverfahren durch die Erfas­ sung der Zahndicken und der Zahnlücken zugleich auch die rechnerunterstützte Bestimmung der Verzahnungs-Rundlaufab­ weichungen gestattet.

Besonders vorteilhaft ist es, das beschriebene Teilungsprüf­ verfahren mit der Prüfung des Flankenprofils und der Zahn­ schräge zu kombinieren, wie in Anspruch 4 angegeben. Da­ durch können all diese verschiedenen Prüfungen mit ein und demselben Prüfgerät und während eines einzigen Umlaufes des Zahnrades durchgeführt werden.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weitgehend auf an sich bekannte Bauelemente zurückgegrif­ fen werden, insbesondere auf das bisher zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der Zahnschräge verwendeten Gerätes gemäß der DE-OS 33 20 983. Dieses Gerät ist lediglich noch durch Schaltmittel zu ergänzen, die jeweils nach Durchfüh­ rung einer Meßreihe, also nach Messung einer vorgegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Flanken, wobei der Meßtaster schließlich am Ende seines Arbeitsbereiches angekommen ist, sowohl das Zurückfahren des Meßtasters in den zu Beginn der Meßreihe eingenommenen Ausgangsbereich, als auch die Rückdrehung des Zahnrades um einen vorgegebenen Drehwin­ kel auslösen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung; dabei zeigt

Fig. 1 die Schrittfolge des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens an zwei aufeinanderfolgenden Meßreihen Fig. 3 den Grundaufbau eines entsprechenden Prüf­ gerätes in teilweise geschnittener Seiten­ ansicht und

Fig. 3 das Gerät nach Fig. 2 in teilweise geschnit­ tener Draufsicht.

Gemäß Fig. 1 wird ein Meßtaster 13 zunächst auf den Teil­ kreisdurchmesser des zu prüfenden, drehbar gelagerten Zahn­ rades 23 eingestellt und zugleich an die vom Zahnradmit­ telpunkt aus gesehen linke Flanke des Zahnes 1 angelegt. Für diese Position des Meßtasters 13 können die in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Linearmeßsysteme X und Y auf Null gestellt werden, stattdessen können aber auch die sich ergebenden X- und Y-Werte gemessen und gespeichert werden. Sodann wird der Meßtaster 13 in X- und Y-Richtung verfahren, bis er an der gegenüberliegenden Flanke, der rechten Flanke des Zahnes 2 in Höhe des Teilkreisdurch­ messers anliegt. Deren Position bzw. Abweichung vom Soll­ maß wird gemessen und gespeichert. Danach wird der Meßtaster aus der Zahnlücke herausgeführt und in die nächste Zahn­ lücke zwischen Zahn 2 und Zahn 3 wieder eingeführt und an die linke Flanke des Zahnes 2 angelegt. Damit läßt sich die Abweichung der Teilung für die linken Flanken an Zahn 1 und Zahn 2 messen.

Wie vor beschrieben wird der Taster sodann an die rechte Flanke des Zahnes 3 herangeführt, worauf die Teilungsab­ weichungen der rechten Flanken der Zähne 2 und 3 gemessen und gespeichert werden.

Der beschriebene Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Fahrweg des Meßtasters 13 in X-Richtung zu Ende ist. Dann ist eine Meßreihe abgeschlossen. Dies kann je nach Modul des zu prüfenden Zahnrades nach etwa 3 bis 7 Zähnen der Fall sein. Der Einfachheit halber wurde in Fig. 1 unter­ stellt, daß der Taster bereits bei der rechten Flanke von Zahn 3 seinen Verfahrweg ausgeschöpft hat. Er wird dann in seine Startposition zurückgefahren, gleichzeitig aber das Zahnrad 23 so weit beigedreht, daß die zu­ letzt geprüfte Flanke, also die rechte Flanke des Zahnes 3 an den Beginn des Verfahrweges des Meßtasters 1 in X-Rich­ tung zu liegen kommt. Dieser Zustand ist in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellt.

Da die Rückdrehung des zu prüfenden Zahnrades ohne Winkel­ normal erfolgt, wird der Meßtester vor Beginn der zweiten Meßreihe zunächst dazu benützt, die neue Stellung des Zahn­ rades nach dem Verdrehen zu messen. Er muß dazu in Anlage mit einer bereis in der vorherigen Meßreihe erfaßten Flanke, zweckmäßig mit der zuletzt erfaßten Flanke, also der rechten Flanke des Zahnes 3 gebracht werden. Dies kann in der Weise erfolgen, daß man bereits den Drehwinkel des Zahnrades grob so bemißt, daß die genannte rechte Flanke des Zahnes 3 in den Startbereich des Tasters 1 gedreht wird; man benötigt dann aber einen Drehtisch, der eine Verdrehung des Zahnrades um ein nicht-ganzzahliges Viel­ faches der Teilung gestattet.

Überwiegend wird die Prüfung des Zahnrades jedoch mit ei­ nem transportablen Prüfgerät durchgeführt, wobei das Zahn­ rad in der Herstellungsmaschine eingespannt bleibt. Man kann dadurch korrigierend in die Herstellung des Zahnrades eingreifen. Das Zahnrad ist dann gewöhnlich auf einem Drehtisch montiert, der nur um ganzzahlige Vielfache der Teilung verdreht werden kann. Dieser Fall entspricht der Darstellung in der unteren Hälfte von Fig. 1, wo das Zahn­ rad gerade um eine ganze Teilung zurückgedreht worden ist. Der Taster wird dann aus seiner Startposition in die Lücke hinein, aber auch so weit in X-Richtung verfahren, daß er mit der zuletzt gemessenen Flanke in Anlage kommt und deren Position mißt. Damit ist die neue Stellung des Zahn­ rades nach dem Rückdrehen bekannt und die zweite Meßrei­ he kann beginnen. Dabei werden die Flanken der Zähne 3 und 4 abgetastet (in der Praxis die Flanken von wesentlich mehr Zähnen) bis der Meßtaster wieder am rechten Ende sei­ nes Fahrweges angelangt ist.

Das beschriebene Verfahren wiederholt sich so lange, bis das Zahnrad einmal umgelaufen ist.

Man erhält dann die gewünschten Einzel- und Summenteilungs­ fehler. Da außerdem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zahndicke und die Zahnlücke auf dem Meß- oder Teilkreis erfaßt werden, kann zugleich auch die Verzahnungs-Rundlaufabwei­ chung errechnet und angezeigt werden.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf das in den Fig. 2 und 3 dargestellte, weitgehend bekannte Gerät zurückgegriffen werden.

Es handelt sich dabei um ein transportables Gerät, das auf den Werkstücktisch 1 einer Zahnradbearbeitungsmaschine aufgesetzt ist. Sein Gerätegestell 2 kann über 3 Stell­ schrauben 3, 4, 5 nivelliert werden. Auf dem Gerätege­ stell 2 befindet sich eine Führungsbahn 6 in X-Richtung, also tangential zu dem zu prüfenden, nicht näher darge­ stellten Zahnrad, und in dieser Führungsbahn 6 ist über Kugelrollführungen ein erster Schlitten 7 verschiebbar. Die Verschiebebewegung bzw. die Verschiebeposition dieses ersten Schlittens gegenüber dem Gerätegestell 2 ist über einen inkrementalen Längsweggeber 8 erfaßbar und mit ei­ nem nicht dargestellten Rechner aufnehmbar bzw. von die­ sem verarbeitbar.

Auf dem Schlitten 7 ist über eine weitere Kugelrollführung ein zweiter Schlitten 9 in Y-Richtung, also in Richtung auf das Zahnrad bzw. von diesem fortverschiebbar gelagert. Dieser zweite Schlitten trägt wiederum über eine Kugel­ rollführung einen dritten Schlitten 10, der gegenüber dem zweiten Schlitten durch die Kraft einer Feder 11 in Rich­ tung auf das zu prüfende Zahnrad gehalten wird und an seiner zahnradzugewandten Seite einen Orientierungsfüh­ ler 12 bzw. einen Meßtaster 13 trägt.

Der Schlitten 7 ist durch einen Stellmotor 14 und der Schlitten 9 durch einen Stellmotor 15 bewegbar und ein­ stellbar. Zwischen Schlitten 7 und 10 befindet sich ein inkrementaler Längsweggeber 16 zur Erfassung der Position in Y-Richtung.

Zum Nivellieren des Meßgerätes, derart daß seine X-Ache und seine Y-Ache senkrecht zur Achse des zu prüfenden Zahnra­ des stehen, weist das Gerät zwei Referenzflächen 20 und 21 auf. Des weiteren ist das Meßgerät mit Bolzen 18 und 19 ausgerüstet, die senkrecht zur X- und Y-Achse stehen, um eine mittige tangentiale Einstellung des Meßgerätes gegenüber dem zu prüfenden Zahnrad herbeizuführen. Das Nivellieren und Ausrichten erfolgt jeweils durch eine, beispielsweise magnetisch am Zahnrad festgelegte Meßuhr 17. Sodann wird in an sich bekannter Weise der Abstand zwi­ schen Meßgerät und Zahnrad ermittelt.

Es liegt aber selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die Nivellierung und Ausrichtung anders durchzuführen oder hierauf ganz zu verzichten und stattdessen die Zuord­ nung zwischen Gerät und Zahnrad rechnerisch zu ermitteln.

Wesentlich ist nun, daß die Steuerung für die Bewegungen der Schlitten in X- und Y-Richtung über Schaltmittel 24 in Verbindung steht mit einem Drehantrieb 22 des zu prü­ fenden Zahnrades in der Weise, daß immer dann, wenn der Meßtaster 13 seinen Fahrweg in X-Richtung ausgenützt hat, der Schlitten 7 in die Startposition zurückgefahren wird und gleichzeitig der Drehantrieb 22 das Zahnrad 23 in der bereits zuvor beschriebenen Weise zurückdreht, worauf au­ tomatisch die Ermittlung der neuen Drehstellung des Zahn­ rades anhand der zuletzt gemessenen Flanke erfolgt und sodann die nächste Meßreihe beginnt.

Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die Fahrbewegung des Meßtasters nicht durch X- und Y-Schlit­ ten durchzuführen, sondern stattdessen einen schwenkbaren, teleskopartig ausziehbaren Taster mit einem Winkel- und Längenmeßsystem zu verwenden.

Bei den meisten Zahnrädern handelt es sich um schräg verzahnte Räder. Um bei diesen Rädern neben der Prüfung der Teilung und des Flankenprofils auch gleich die Zahn­ schräge zu prüfen, weist das beschriebene Prüfgerät üb­ licherweise einen weiteren Schlitten auf, der in Z-Rich­ tung verfahrbar ist. Da es sich hierbei um allgemein be­ kannte Gegebenheiten handelt, ist dieser Schlitten in der Zeichnung nicht näher dargestellt worden.

Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, das beschriebene Meßverfahren bei innenverzahnten Rädern zu verwenden. Die dazu notwendigen Änderungen am Prüfgerät sind an sich bekannt und werden deshalb hier nicht weiter beschrieben.

Claims (5)

1. Verfahren zur Teilungsprüfung von Zahnrädern, insbe­ sondere Großzahnrädern durch ein vorzugsweise transpor­ tables Prüfgerät mit nur einem Meßtaster, der in die Lücken des zu prüfenden Zahnrades hineingefahren und auf dem Meßkreis in Anlage mit den Zahnflanken gebracht wird, wobei der Meßtaster die Position der einen Flanke, dann die Position der gegenüberliegenden Flanke einer Zahnlücke erfaßt, daraufhin aus dieser Lücke heraus und in die nächste Lücke hineinfährt, worauf sich der Vor­ gang wiederholt, bis das sich drehende Zahnrad über sei­ nen ganzen Umfang durchgeprüft ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Flankenposition bei stillstehendem Zahnrad erfolgt, daß nach Erfassung mehrerer, im allge­ meinen aufeinanderfolgender Flanken der Meßtaster in sei­ nen zu Beginn dieser Meßreihe eingenommenen Ausgangsbe­ reich zurückgefahren und das Zahnrad soweit beigedreht wird, daß der Meßtaster zu Beginn seiner neuen Meßreihe mit einer der zuletzt gemessenen Flanken in Anlage kommt, um unter Berücksichtigung deren Position die neue Dreh­ stellung des Zahnrades zu erfassen, und daß sodann die neue Meßreihe beginnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad am Ende einer Meßreihe jeweils so weit beigedreht wird, daß der Meßtaster zu Beginn seiner neuen Meßreihe mit der zuletzt gemessenen Flanke in Anlage kommt.

3.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsprüfung mit einer Zahndicken- und Zahnlücken­ prüfung zur rechnerunterstützten Bestimmung der Verzah­ nungs-Rundlaufabweichungen kombiniert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsprüfung mit der Prüfung des Flankenprofils und ggf. der Zahnschräge kombiniert wird, derart, daß an ei­ nigen über den Umfang verteilten Zähnen der Meßtaster nicht nur die Position der Flanke im Meßkreis erfaßt, sondern auch in an sich bekannter Weise die Profilform und die Zahnschräge dieser Flanke.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mittels eines Prüfgerätes mit einem Meßtaster (13), der in einer Ebene senkrecht zur Achse des drehbar gelagerten, zu prüfenden Zahnrades (23) verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüf­ gerät Schaltmittel (24) aufweist, die jeweils nach Durchführung einer Meßreihe das Zurückfahren des Meß­ tasters (13) in den zu Beginn der Meßreihe eingenom­ menen Ausgangsbereich einerseits und einen Drehantrieb (22) des Zahnrades (23) zu dessen Beidrehung um einen vorgegebenen Drehwinkel andererseits auslösen.