CH676040A5

CH676040A5 -

Info

Publication number: CH676040A5
Application number: CH1776/88A
Authority: CH
Inventors: Hans-Ulrich Bertz
Original assignee: Hoefler Willy
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1990-11-30
Also published as: JP2625497B2; US4852402A; JPS63307313A; IT1219936B; GB2205161A; GB8812396D0; IT8847904A0; DE3717666A1; GB2205161B; DD270669A5; DE3717666C2

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Prüfung des Flankenprofiis der Zahnflanken von Zahnrädern, insbesondere Evolventenzahnrädern, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Andererseits betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Ein solches Verfahren und die dazugehörende Vorrichtung finden in der Regel, worauf sich die nachfolgenden Ausführungen auch im wesentlichen beziehen, für die Prüfung der Flanken von Evolventenzahnrädern Anwendung, wobei der Grundkreis des Zahnrades die Erzeugende für das Evolventenprofil liefert. Es eignet sich jedoch auch zur Prüfung von einem Evolventenprofil vergleichbare bogenförmigen Raumkurven, die sich im Abwälzverfahren prüfen lassen und daher durch die Erfindung mit erfasst sein sollen. Solche vergleichbaren Raumkurven sind beispielsweise die Zahnflanken von Wildhaber-Novikov-Verzahnungen, deren Flankenverlauf in bekannter beziehungsweise feststehender Weise von dem einer Evolvente abweicht. Bezüglich der genannten vergleichbaren Raumkurven ist nur wesentlich, dass sich die Abweichungen von der Evolvente in dem Bereich bewegen, den der Messfühler im Rahmen seiner Auslenkbarkeit aus einer Mittellage erfassen kann.

Das eingangs umrissene Verfahren zur Prüfung des Evolventenprofils der Zahnflanken bei Zahnrädern ist allgemein gehandhabt und bekannt, wozu nur beispielhalber auf die DE-PS 3 212 082 hingewiesen wird. Danach wird der Messfühler zusammen mit dem X-Schlitten in Richtung der Führungsbahn des X-Schlittens bewegt, wobei sich im Hinblick auf den Ursprung der zu prüfenden Evolvente, der im Schnittpunkt des Grundkreises mit der durch die Zahnradachse gehenden Senkrechten auf der Richtung der Führungsbahn des X-Schlittens liegt, für die rechten und linken Zahnflanken zwei Messbereiche ergeben, die entsprechend rechts und links des genannten Evolventenursprunges angeordnet sind. Demzufolge muss in Richtung der Verschiebbarkeit des X-Schlittens das Prüfgerät entsprechend ausladend ausgebildet sein, um die Prüfung rechter und linker Zahnflanken zuzulassen.

Dies trifft auch für das Prüfgerät nach der genannten DE-PS 3 212 082 zu, mit dem an sich bereits die gleichzeitige Prüfung benachbarter rechter und linker Zahnflanken möglich ist.

In diesem Zusammenhang ist weiter besonders problematisch die Prüfung der Flanken von Innenverzahnungen, weil hier im wesentlichen radial von innen nach aussen ragende Messfühler über die beiderseits des Evolventenursprunges gelegene Prüfstrecke in der Regel mit der Verzahnung während des Prüfvorganges kollidieren, was nur dadurch abgewendet werden kann, dass Messfühler verwendet werden, die jeweils unterschiedlich für die Prüfung rechter und linker Zahnflanken abgekröpft ausgebildet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art für die

Flankenprüfung der Zahnflanken von Zahnrädern, insbesondere Evolventen-Zahnrädern, eine neue Verfahrensweise nebst dazugehörender Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, den in Verschieberichtung des X-Schlittens für den Messfühler erforderlichen Verschiebebereich erheblich einzuschränken, um insbesondere auch bei der Prüfung von Zahnflanken von Innenverzahnungen die Gefahr einer Kollision des Messfühlers mit der Verzahnung nicht mehr auftreten zu lassen. Die Lösung dieser Aufgabe soll in einfacher Weise unter Zuhilfenahme an sich bei Zahnradprüfgeräten üblicher Mittel ermöglicht werden.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe einerseits durch ein Verfahren wie es im Patentanspruch 1 und andererseits durch eine Vorrichtung, wie sie im Patentanspruch 3 definiert ist, gelöst.

Durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise wird das Erfordernis verlassen, den Messfühler entlang einer mit der Führungsbahn des X-Schlit-tens hinsichtlich der Richtung übereinstimmenden Bahn tangential zum Zahnrad zu bewegen. Vielmehr wird nunmehr der Bewegungsrichtung des X-Schlittens eine dazu senkrechte Bewegung des Messfühlers überlagert, so dass letztere eine zur Bewegungsrichtung des X-Schlittens schräg stehende Bewegung ausführt, was grundsätzlich in Bewegungsrichtung des X-Schlittens einer Verkürzung des für den einzelnen Prüfvorgang erforderlichen Bewegungsbereiches mit sich bringt.

Dadurch aber, dass andererseits die Bewegungsbahnen des Messfühlers für die Prüfung rechter und linker Zahnflanken sich derart kreuzend angeordnet sind, dass die tangentialen Wegstrecken des Messfühlers sowohl für die Prüfung rechter als auch für die Prüfung linker Zahnflanken im Bereich des Kreuzungspunktes liegen, ist ausserdem eine wesentliche Verkürzung des notwendigen Bewegungsbereiches des Messfühiers in Richtung der Führungsbahn des X-Schlittens erreicht, was die Möglichkeit einer Verkleinerung und Verbil-ligung der Messeinrichtung sowie insbesondere eine erhebliche Beschleunigung im Hinblick auf die Messzeiten mit sich bringt. Auf diese Weise ist schliesslich trotzdem der Vorteil der Prüfung im Abwälzverfahren aufrechterhalten, der darin besteht, dass der Messfühler kontinuierlich, das heisst ohne positive oder negative Beschleunigung über die zur Zahnflankenprüfung herangezogene Bewegungsbahn geführt wird.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmässig, dass der Schnittpunkt bezüglich beider für die Prüfung rechter und linker Zahnflanken erforderlicher Wegstrecken auf deren Mitte liegt, womit sich der erforderliche Bewegungsbereich des Messfühlers quer zur Zahnradachse auf ein Minimum reduziert.

Zur Steuerung der geschilderten Bewegung des Messfühlers wird der bei heutzutage gebräuchlichen Prüfgeräten vorhandene Rechner herangezogen, durch den die Bewegung des Messfühlers in Verschieberichtung des X-Schlittens und quer dazu, das heisst in Y-Richtung, einerseits sowie die damit nach den Gesetzmässigkeiten der Evolventenverzahnung koordinierte Drehbewegung des zu prüfenden Zahnrades andererseits gesteuert wird,

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so, dass der Messfühler sich entlang der jeweils zu prüfenden Zahnflanke auf einer idealen, also fehlerfreien Evolvente bewegt, von der ausgehend er die Abweichungen der zu prüfenden Zahnflanke er-fasst.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die vereinfachte perspektivische Ansicht eines Zahnradprüfgerätes,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine quer und im wesentlichen radial zur Zahnradachse bewegliche und den Messfühler tragende Schlittenanordnung,

Fig. 3 die schematische Darstellung der bekannten Evolventenprüfung an einer Aussenverzah-nung,

Fig. 4 die schematische Darstellung der Evolventenprüfung einer Aussenverzahnung nach der Erfindung,

Fig. 5 die schematische Darstellung der bekannten Evolventenprüfung an einer Innenverzahnung und

Fig. 6 die schematische Darstellung der Evolventenprüfung an einer Innenverzahnung nach der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 weist ein Zahnradprüfgerät einen Ständer 1 auf, auf dem ein zu prüfendens Zahnrad 2 um seine hier vertikal angeordnete Achse 3 drehbar aufgespannt ist. Das Zahnrad (2) ist mittels eines Getriebes 4 drehbar, welches letztere durch einen rechnergesteuerten Drehantrieb 5 winkelgenau bewegbar ist.

Dem Zahnrad (2) gegenüber ist ein Messfühler 6 auf einer Schlittenkombination angeordnet, mit Hilfe derer er in allen drei Koordinatenrichtungen bewegbar ist. Dazu weist die Schlittenanordnung einen horizontal quer zur Achse 3 des Zahnrades (2) beweglichen X-Schlitten 7 auf, der durch einen rechnergesteuerten Motorantrieb 8 angetrieben wird, wobei seine Bewegung durch eine erste Längen-messvorrichtung 9, bespielsweise in Form eines Giasmassstabes, ablesbar ist.

Im wesentlichen radial zum Zahnrad 3 ist der Messfühler 6 durch Verschiebung eines Y-Schlittens 10 mit Hilfe eines rechnergesteuerten Motorantriebes 11 über die Stellspindel 12 verschiebbar, wobei diese Verschiebebewegung an einer zweiten Längenmessvorrichtung 13, beispielsweise ebenfalls in Form eines Glasmassstabes, ablesbar ist. Die erwähnten Längenmessvorrichtungen 9 und 13 sind allgemein bekannt und werden daher hier nicht erläutert.

Schliesslich ist der Messfühler 6 vertikal und damit parallel zur Achse 3 des Zahnrades (2) durch einen rechnergesteuerten Motorantrieb 14 über eine Stellspindel 15 verschiebbar, wobei diese Verschiebebewegung ebenfalls an einer Längenmessvorrichtung 16 abgelesen werden kann.

Die soweit anhand der Figur 1 geschilderte Konstruktion eines Zahradprüfgerätes ist im wesentlichen schematischer Natur und dient der Veranschaulichung der Anordnung der wesentlichen Geräteteile.

Von dieser Anordnung ausgehend zeigt die Darstellung gemäss Fig. 2 in Draufsicht bei ebenso aus Gründen der Übersichtlichkeit schematisierter Darstellung einen horizontal quer zur Achse 3 des Zahnrades 2 verschiebbaren X-Schlitten 20, dessen Verschiebebewegung durch einen rechnergesteuerten Motorantrieb 21 erzeugbar ist, wobei der jeweilige Verschiebeweg an einer Längenmessvorrichtung 22 ablesbar und bezüglich des abgelesenen Wertes an den Rechner übertragbar ist beziehungsweise zur Steuerung der Stellgrösse des Motorantriebes 21 rückgemeldet wird.

Auf dem X-Schlitten 20 ist quer zu dessen Verschieberichtung und damit im wesentlichen in Radialrichtung zum Zahnrad 2 ein Y-Schlitten 23 durch einen rechnergesteuerten Motorantrieb 24 verschiebbar, dessen Verschiebebewegung durch eine Längenmessvorrichtung 25 ermittelbar, an den Rechner übertragbar und zur Steuerung des Motorantriebes 24 in einer vorprogrammierten Weise heranziehbar ist.

Auf dem Y-Schlitten 23 ist der bereits erwähnte Messfühler 6 mittels einer Blattfederanordnung 26 auslenkbar gelagert dargestellt, wobei die Werte der Auslenkung des Messfühlers 6 in bekannter Weise durch einen Messwertgeber 27 ermittelt werden können.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, findet mit Hilfe der beschriebenen Anordnung die Evolventenprüfung einer Zahnflanke 28 des Zahnrades 2 dadurch statt, dass gleichzeitig der Messfühler 6 um den Betrag X und Y tangential zum Zahnrad 2 bewegt wird, während das Zahnrad um den Winkel <p durch den Drehantrieb 5, rechnergesteuert kontrolliert über ein System zur Winkelmessung 29, gedreht wird. Wie bereits gesagt, findet die Bewegung des Messfühlers 6 sowie des Zahnrades 2 entlang dieser drei Bewegungsgrössen rechnergesteuert entsprechend den Gesetzmässigkeitken der Evolventen-Verzahnung durch Betätigung der Motorantriebe 21 und 24 einerseits sowie des Drehantriebes 5 gemäss Figur 1 andererseits statt.

Zur näheren Erläuterung des insoweit kurz beschriebenen Vorganges der Evolventenprüfung sei bezüglich einer Aussenverzahnung auf die Figuren 3 und 4 verwiesen.

Dabei zeigt Figur 3 den Ablauf eines Prüfvorganges in der bekannten Art. Danach wird ein Messfühler 30 ausschliesslich durch Tangentialbewe-gung des X-Schlittens 20 sowohl für die Prüfung rechter als auch für die Prüfung linker Zahnflanken entlang einer geradlinigen Bahn 31 tangential zum Grundkreis 32 des Zahnrades bewegt, indem gleichzeitig das Zahnrad entsprechend der Abwälzung der Bahn 31 auf dem Grundkreis 32 gedreht wird, wobei die Bahn 31 mit dem Grundkreis 32 an der Stelle 33 in Berührung ist, der bei einer Evolventenverzahnung bekanntermassen der Ursprung der die Zahnflanken bildenden Evolventen ist.

Dadurch ergibt sich für die Prüfung linker und rechter Zahnflanken, die bekanntermassen jeweils entsprechend nur links bzw. rechts des Evolventenursprungs 33 stattfinden kann, innerhalb einer jeweiligen Wälzlänge La sowohl auf der rechten als

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auch auf der linken Seite des Evolventenursprungs 33 ein Profilprüfbereich La, womit im bekannten Falle der notwendige Bewegungsbereich des X-Schlittens und damit des Messfühlers 30 entlang der Bahn 31 dem Doppelten des Betrages La entspricht.

Ist nun, wie bereits anhand der Figur 2 kurz geschildert, der Messfühler 30 sowohl in Richtung des X-Schlittens 20 als auch in Richtung des Y-Schlittens 23 bewegbar, so lassen sich, wie dies in Figur 4 veranschaulicht ist, die mit der Bahn 31 vergleichbaren Bahnen 35 für die linken Zahnflanken und 36 für die rechten Zahnflanken gegeneinander verschwenkt ausführen, so dass sie sich ausserhalb des Grundkreises 32 in der Weise kreuzen, dass bezüglich rechter und linker Zahnflanken die Wege X des X-Schlittens 20 und Y des Y-Schlittens 23 aufeinanderfallen, wobei sich ergibt, dass bezüglich des durch den Schnittpunkt der beiden Bahnen 35 und 36 gehenden Halbmessers des Zahnrades die Evolventenursprünge 37 für die linken Zahnflanken und 38 für die rechten Zahnflanken um gleiche Winkel cp nach rechts beziehungsweise nach links versetzt sind.

Auf diese Weise ist also ersichtlich, dass der für die Evolventenprüfung linker und rechter Zahnflanken eines Zahnrades erforderliche Bewegungsbereich des Messfühlers 30 auf ein Minimum reduziert ist, wobei gleichzeitig durch den in einfacher Weise rechnergesteuerten Bewegungsablauf von Zahnrad 2 und Messfühler 30 ohne Schwierigkeiten und insbesondere ohne die im bekannten Falle noch notwendigen Umrüstarbeiten, wahlweise die Prüfung rechter und linker Zahnflanken erfolgen kann.

Das vorstehend anhand der Figuren 3 und 4 für eine Aussenverzahnung Erläuterte gilt entsprechend für die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Evolventenprüfung einer Innenverzahnung.

Auch hier zeigt wieder Figur 5 zunächst die bekannte Vorgehensweise, gemäss der ein Messfühler 50 sowohl für die rechten als auch für die linken Zahnflanken entlang einer geradlinigen Bahn 51 bewegt wird, aus deren Abwälzung auf dem Grundkreis 52 der Verzahnung sich die der translatorischen Bewegung des Messfühlers 50 zu überlagernde Drehbewegung des Zahnrades ergibt.

Wie aus Figur 5 ersichtlich, ist auch hier der für die Prüfung rechter und linker Zahnflanken entlang der Linie 51 erforderliche Bewegungsbereich für den Messfühler 50 erheblich, wobei im Falle der dargestellten Innenverzahnung als weiteres Problem hinzukommt, dass in der Regel eine Kollision des Messfühlers 50 mit der Verzahnung unvermeidbar ist, wie dies die rechts und links aussen gezeigten Positionen des Messfühlers 50 veranschaulichen. Um dem zu begegnen, muss man im bekannten Falle in der Regel abweichend von der Darstellung gemäss Figur 5 abgewinkelte Messfühler verwenden, wobei die Abwinkelung der Messfühler für die Prüfung rechter und linker Flanken einer Innenverzahnung entgegengesetzt gerichtet sein muss.

Auch in diesem Falle ergibt sich eine erhebliche Einschränkung des erforderlichen Bewegungsbereiches für den Messfühler 50, wenn gemäss Figur

6 die Bewegungsbahnen zur Evolventenprüfung rechter und linker Zahnflanken gegeneinander geschwenkt und sich ausserhalb des Grundkreises 52 im Punkt 53 überschneidend angeordnet werden, so dass der Evolventenursprung 54 für die zu prüfenden Linksflanken rechts vom Schnittpunkt 53 und der Evolventenursprung 55 für die zu prüfenden Rechtsflanken links vom Schnittpunkt 53 angeordnet ist, wobei gegenüber dem durch den Schnittpunkt 53 gehenden Halbmesser des Zahnrades (2) die Evolventenursprünge 54 und 55 jeweils um einen gleichen Winkel geschwenkt sind.

Ausserdem ergibt sich aber, wie Figur 6 deutlich macht, der erhebliche Vorteil, dass nunmehr für einen normalen Messfühler keine Gefahr einer Kollision mit der Innenverzahnung mehr besteht, so dass also auch diesbezüglich eine Umrüstung des Prüfgerätes für die Prüfung linker Zahnflanken einer Innenverzahnung einerseits und rechter Zahnflanken einer Innenverzahnung andererseits nicht mehr erforderlich ist.

Zurückkommend auf die Darstellung gemäss Figur 2 in Verbindung mit Figur 1 sei noch einmal betont, dass entsprechend der Gesetzmässigkeit des Evolventenverlaufes für die zu prüfende Verzahnung die geschilderten Bewegungsabläufe durch den erwähnten, nicht dargestellten Rechner in an sich bekannter Weise gesteuert erfolgen, indem die Motorantriebe 5 bzw. 21 und 24 betätigt werden, wobei die dabei erreichten Stellgrössen durch einen nicht dargestellten, mit dem Drehantrieb 5 zusammenwirkenden Winkelmassstab einerseits sowie die Längenmassvorrichtungen 22 und 25 in Form von Längenmessstäben gemäss Figur 2 andererseits er-fasst und an den Rechner zurückgemeldet werden. In diesem Zusammenhang sei noch einmal daran erinnert, dass die an sich entsprechend einer Evolvente erzeugte Führung des Messfühlers nicht nur der Prüfung entsprechender Evolventen-Flanken von Zahnrädern dienen, sondern auch dazu herangezogen werden kann, Zahnflanken anderweitiger Verzahnungen zu prüfen, deren Verlauf nur nahe genug im Bereich der in der beschriebenen Weise für den Verlauf des Messfühlers erzeugten Evolventen liegen.

Zum vorstehenden sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass für eine normale Evolventen-Verzahnung sich ergibt,

\/ra2 " rb2' (jì= are tan

wenn für diesen Fall der Normalverzahnung der Radius des Fusskreises rf gleich ist dem Radius des Grundkreises rb; ra ist der Kopfkreisradius.

Bei Verzahnungen, die von einer solchen normalen Evolventenverzahnung abweichen, also be-spielsweise bei einer Wildhaber-Novikov-Verzah-nung, ergeben sich weitere Korrekturgrössen zu dieser grundlegenden Beziehung ebenso wie bei ei-

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ner Evolventenverzahnung, bei der beispielsweise der Fusskreisradius grösser als der Grundkreisradius ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Prüfung des Flankenprofils der Zahnflanken von Zahnrädern, wobei ein in Anlage an der zu prüfenden Zahnflanke befindlicher Messfühler (6, 30, 50) entlang einer zur Achse (3) des Zahnrades (2) senkrechten und zum Grundkreis des Zahnrades (2) beziehungsweise einem mit dem Flankenprofil kompatiblen Grundkreis (32, 52) tangentialen Bahn (35, 36) bewegt wird bei gleichzeitiger Drehung des Zahnrades (2) entsprechend der Abwälzbewegung der tangentialen Bewegungsgrös-se des Messfühlers (6, 30, 50) auf diesem Grundkreis (32, 52) und wobei ferner bezüglich der Berührungsstelle der tangentialen Bahn (35, 36) mit dem Grundkreis (32, 52) der Messfühler (6, 30, 50) zur Prüfung - von der Zahnradmitte aus gesehen -rechter und linker Zahnflanken auf der entsprechenden Seite der Berührungsstelle an der jeweiligen Zahnflanke in Anlage ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler (6, 30, 50) entlang bezüglich rechter und linker Zahnflanken gegeneinander geschwenkt verlaufender und sich ausserhalb des Grundkreises (32, 52) schneidender, tangentialer Bewegungsbahnen (35, 36) bewegt wird, derart, dass die zur Prüfung rechter und linker Zahnflanken erforderlichen tangentialen Wegstrecken (X, Y) des Messfühlers (6, 30, 50) im Bereich des Schnittpunktes liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt bezüglich beider Wegstrecken (X, Y) auf deren Mitte liegt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem auf einer Führungsbahn quer zur Achse (3) des Zahnrades (2) geradlinig verschiebbaren X-Schlitten (7, 20), der durch einen in Abhängigkeit von einer ersten Längenmessvorrichtung (9) rechnergesteuerten Motorantrieb (8) verschiebbar ist, während dazu nach den Gesetzmässigkeiten der Evoiventenver-zahnung korrespondierend das Zahnrad (2) durch einen in Abhängigkeit von einem System zur Winkelmessung (29) rechnergesteuerten Drehantrieb (5) bewegbar ist, wobei auf dem X-Schlitten (7, 20) ein mit seinem Messkopf (6, 30, 50) tangential zum Grundkreis (32, 52) des Zahnrades (2) beziehungsweise einem mit dem Flankenprofil kompatiblen Grundkreis bewegbarer Messfühler (6, 30, 50) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler (6, 30, 50) zusätzlich durch einen Y-Schlitten (10, 23) senkrecht zur Zahnradachse (3) und zur Bewegungsrichtung des X-Schlittens (7, 20) verschiebbar geführt ist, dass der Y-Schlitten (10, 23) gegenüber dem X-Schlitten (7, 20) durch einen in Abhängigkeit von einer zweiten Längenmessvorrichtung (25) rechnergesteuerten Motorantrieb (22, 24) verschiebbar ist, derart, dass der Messkopf des Messfühlers (6, 30, 50) entlang einer von der Bewegungsrichtung des X-Schlittens (7, 20) abweichenden geradlinigen, der Profilprüfung der Zahnflanken dienenden Bahn (35, 36) tangential zum Grundkreis (32, 52) bewegbar ist und dass die Drehbewegung des Zahnrades (2) entsprechend der Abwälzbewegung der sich aus der Bewegung des X-Schlittens (7, 20) sowie der des Y-Schlittens (10, 23) ergebenden tangentialen Bewegungsgrösse des Messfühlers (6, 30, 50) auf .dem Grundkreis (32,52) steuerbar ist.

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