DE1268857B - Vorrichtung zur Messung der Gleichmaessigkeit von Zahnraduebersetzungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^1^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

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Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIb

GOIp

Deutsche Kl.: 42 b - 26/02

P 12 68 857.2-52
17. Dezember 1958
22. Mai 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Gleichmäßigkeit von Zahnradübersetzungen mittels drehbarer magnetischer Maßstäbe, auf denen eine Wechselspannung aufgezeichnet ist und die mit Hilfe von Magnettonköpfen abzutasten sind, bei einer Einflanken-Wälzprüfung von Zahnrädern.

Die Gleichmäßigkeit einer Übersetzung bildet die grundlegende Charakteristik ihrer Qualität. Ganz besonders bei Zahnradübersetzungen ist die Messung der Gleichmäßigkeit (Einflankenabwälzung) das hauptsächliche objektive Mittel zur Bewertung der Zahnräder. Es sind verschiedene Verfahren zur Messung der Einflankenabwälzung bekannt, jedoch ist deren Anwendung wesentlich beschränkt. Ihr Hauptnachteil liegt im niedrigen Genauigkeitsgrad und im sehr begrenzten Anwendungsbereich. Nur dann, wenn das Verhältnis der zu messenden Übersetzung 1:1 ist, kommen die bekannten Meßvorrichtungen ohne Friktionsrollen aus.

Bei anderen Übersetzungsverhältnissen wird die zu messende Zahnradübersetzung mit einer Friktionsübersetzung vom gleichen Drehzahlverhältnis verglichen, und das Gerät mißt die Abweichungen der gemessenen Zahnradübersetzungen von der idealen Friktionsübersetzung. Dann folgt, daß für jede vom Verhältnis 1:1 abweichende Zahnradübersetzung, deren Gleichmäßigkeit geprüft werden soll, besondere Friktionsrollen vorgesehen sein müssen, deren Außendurchmesser mit großer Genauigkeit auf das zu übertragende Übersetzungsverhältnis abgestimmt sein müssen, wobei es natürlich nicht darauf ankommt, ob der Teilkreisdurchmesser des mit einer Friktionsrolle auf gemeinsamer Achse sitzenden Zahnrades mit dessen Außendurchmesser übereinstimmt.

Es sind auch Meßvorrichtungen bekannt, bei denen für eine große Anzahl zu messender Übersetzungsverhältnisse (einschließlich des Verhältnisses 1:1) keine Friktionsrollen benötigt werden. Diese Meßgeräte arbeiten mit zwei magnetischen Maßstäben. Von zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, von denen das eine das Musterrad ist, wird eines durch einen Motor angetrieben. Auf jeder Welle eines Zahnrades sitzt eine Scheibe aus magnetischem Werkstoff. Auf beide Scheiben wird mittels eines Sprechkopfes wie beim Magnettonverfahren eine Wechselspannung aufgezeichnet. Soll das mit dem Musterrad kämmende Zahnrad geprüft werden, so werden nunmehr die beiden Scheiben durch Magnettonköpfe abgetastet. Die von jedem Magnettonkopf abgegebenen elektrischen Impulse decken sich jeweils mit der Vorrichtung zur Messung der Gleichmäßigkeit
von Zahnradübersetzungen

Anmelder:

Vyzkumny ustav obräbScich stroju a obräbeni, Prag

Vertreter:

Dipl.-Phys. Dr. W. Junius, Patentanwalt,

3000 Hannover, Abbestr. 20

Als Erfinder benannt:
Karel Stepänek, Prag

Beanspruchte Priorität:

Tschechoslowakei vom 7. Januar 1958 (89-58)

magnetischen Markierung auf der Scheibe. Die zeitliche Differenz der von den beiden Magnettonköpfen abgegebenen Impulse bildet dann ein Maß für die augenblickliche Stellung der Scheiben und damit des Musterrades und des Prüflingsrades zueinander. Der Nachteil dieser Meßgeräte besteht darin, daß sich die Drehzahlen beider Wellen beim Aufzeichnen der Wechselspannung genauso verhalten müssen wie bei der späteren Messung, bei der die Aufzeichnungen auf den Scheiben von den Magnettonköpfen abgetastet werden. Daraus folgt, daß die Aufzeichnung der Wechselspannung auf den Scheiben nur so lange bestehenbleiben kann als das Musterrad zusammen mit dem Prüflingsrad dasselbe Drehzahlverhältnis hat. Ändert sich dieses Verhältnis und damit das Drehzahlverhältnis beider Wellen, so muß eine neue Aufzeichnung der Wechselspannung erfolgen. Sollen hintereinander verschiedene Zahnräder mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen geprüft werden, so ist die ständige Erneuerung der Aufzeichnung der Wechselspannung auf den Scheiben überaus lästig und zeitraubend, zumal dieser ja auch eine Löschung der vorigen Aufzeichnung vorangehen muß.

Es ist auch ein Verfahren zur Messung bzw. Regelung der Drehzahlabweichung einer Welle gegenüber einem Normal, bei dem auf den Prüfling magnetische Marken im Takt einer Normalfrequenz gegeben werden und die Frequenz der mittels eines Abnehmers auf eine Anzeigeeinrichtung übertragenen, vom Prüfling abgenommenen Impulse zur Messung der ge-

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suchten Größe verwendet wird, bekanntgeworden, beschriftet ist, durch einen feststehenden und durch bei dem an der Welle ein Impulsgeber angeordnet ist, einen mit der Drehzahl des einen Rades des zu mesder von den Impulsen des Normals gesteuert wird, senden Räderpaares rotierenden Magnettonkopf ab- und bei dem dieser Geber der Welle Markierungen gegriffen wird, daß aus beiden Frequenzen in einem im Takt der Normalfrequenzimpulse aufprägt, die 5 Diskriminator die Differenzfrequenz (z. B. 50 Hz) von einem Impulsabnehmer abgetastet werden, und gebildet wird, daß die Differenzfrequenz auf einen bei dem die Normalfrequenzimpulse und die vom mit der Drehzahl des zweiten Rades rotierenden Abnehmer erzeugten Impulse einem Indikator züge- magnetischen Maßstab aufgezeichnet wird, daß dieser führt werden. Dabei kann für die Erzeugung der Nor- Maßstab sodann unabhängig von der Drehzahl des malfrequenzimpulse eine zweite mit Markierungen io zweiten Rades (z.B. mit 10 Umdrehungen pro Seversehene Welle und ein die Markierungen abtasten- künde) angetrieben und die auf ihm aufgetragene der Geber verwendet werden. Der Indikator ist hier Aufzeichnung von einem feststehenden und einem als impulsgesteuerter Phasenmesser ausgebildet. mit der Drehzahl des zweiten Rades rotierenden

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- Magnettonkopf abgegriffen wird, daß aus den von gründe, eine Vorrichtung zur Messung der Gleich- 15 den beiden Magnettonköpfen von dem zweiten Maßmäßigkeit von Zahnradübersetzungen zu schaffen, stab abgegriffenen Frequenzen in einem zweiten Dismit der beliebige Übersetzungsverhältnisse unter Ver- kriminator die Differenzfrequenz gebildet wird, und wendung zweier magnetischer Maßstäbe mit einer daß beide Differenzfrequenzen mittels eines Phasenwillkürlich gewählten, auf den einen magnetischen messers verglichen werden.

Maßstab aufgezeichneten Grundfrequenz und einer 20 Um den Einlaß von unter der Ungleichmäßigkeit willkürlich gewählten Drehzahl der magnetischen der Übersetzung entstehenden Phasenänderungen bei Maßstäbe vermessen werden können. der Aufzeichnung des Vergleichs der Differenzfre-

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Anordnung quenzen auf ein Registriergerät zu unterdrücken, ist eines Diskriminators, welcher die Differenzfrequenz es zweckmäßig, daß der magnetische Maßstab wähvon zwei Frequenzen bildet, welche abgegeben wer- 25 rend des Vergleiches der Differenzfrequenzen in dem den von einem feststehenden und einem mit der Phasenmesser mit einer höheren Drehzahl als der-Drehzahl des einen Rades des zu vermessenden jenigen angetrieben wird, mit der das zweite Rad Räderpaares rotierenden Magnettonkopf an einem umläuft.

mit beliebiger Drehzahl rotierenden Maßstab mit Das Wesen der Erfindung ist an einem in der

einer magnetischen Aufzeichnung von willkürlich ge- 30 Zeichnung schematisch dargestellten Ausfuhrungswählter Frequenz und eines zweiten Diskriminators, beispiel eines Gerätes für die Messung bei einer Einweicher die Differenzfrequenz von zwei Frequenzen flankenabwälzung bei Stirnzahnrädern näher erläubildet, welche abgegeben werden von einem fest- tert.

stehenden und von einem mit der Drehzahl des zwei- Die zu vermessenden Zahnräder 1, 2 im überset-

ten Rades rotierenden Magnettonkopf an einem mit 35 zungsverhältnis von z. B. 1:2 sind auf Wellen 3, 4 beliebiger Drehzahl rotierenden Maßstab, welcher befestigt, deren Achsabstand je nach dem Durchmeseine magnetische Aufzeichnung der vom erstgenann- ser der zu vermessenden Räder eingestellt wird. Auf ten Diskriminator abgegebenen und bei einer Rota- der Welle 3 ist ferner an einem Arm ein Magnettion mit der Drehzahl des zweiten zu vermessenden kopf 5 befestigt, welcher eine Aufzeichnung von Rades aufgezeichneten Frequenz trägt, sowie eines 40 einem kreisförmigen magnetischen Maßstab 6 aufdie beiden Differenzfrequenzen der Diskriminatoren nimmt, der von einem Elektromotor 7 in Drehung vergleichenden Phasenmessers. versetzt wird. Der kreisförmige magnetische Maßstab

Bei dieser Vorrichtung wird also für alle Über- wird von einer Metallscheibe gebildet, welche am Setzungsverhältnisse ein magnetischer, mit einer will- Umfang mit einer passenden Schicht für die Aufkürlich gewählten Frequenz beschrifteter rotierender 45 nähme magnetischer Aufzeichnungen versehen ist Grundmaßstab verwendet, dessen Aufzeichnung und zwei gleiche, nebeneinander angeordnete Aufgleichzeitig einerseits unverändert und andererseits zeichnungen trägt. Die zweite Aufzeichnung in der in Abhängigkeit von der Drehzahl des einen Rades anderen Spur dieses Maßstabes nimmt ein feststehenabgetastet wird, wobei zwei unterschiedliche Frequen- der Magnettonkopf 8 auf.

zen entstehen, aus denen in einem Diskriminator eine 50 Ein zweiter Teil des Gerätes ist analog ausgeführt. Differenzfrequenz gebildet wird. Diese Differenz- Ein Magnettonkopf 9 ist an einem Halter befestigt, frequenz wird auf einen zweiten magnetischen Maß- der entweder mit der Welle 4 oder mit dem Rahmen stab übertragen, der dabei mit der Drehzahl des zwei- des Gerätes verbunden werden kann. Ein zweiter ten Rades der Übersetzung rotiert. Dann wird — kreisförmiger magnetischer Maßstab 10 mit zwei ebenso wie vorher — die auf dem zweiten magne- 55 Spuren für einen feststehenden und einen beweglichen tischen Maßstab aufgezeichnete Frequenz gleichzeitig Magnettonkopf 9, 12 sitzt drehbar auf der Welle 4 einerseits unverändert und andererseits in Abhängig- oder kann mit dem Rahmen des Geräts verbunden keit von der Drehzahl des zweiten Rades des Räder- werden. Der kreisförmige magnetische Maßstab 10 paares abgetastet, wobei aus den beiden dabei ent- ist drehbar auf der Welle 4 gelagert und kann entstehenden unterschiedlichen Frequenzen in einem 60 weder mit der Welle 4 oder dem Hilfsmotor 11 verzweiten Diskriminator wiederum die Differenzfre- bunden werden.

quenz gebildet wird. Beide Differenzfrequenzen stel- Das Meßprinzip beruht in der Verwendung eines

len die Meßwerte dar, deren Vergleich das Maß für magnetischen konstanten Maßstabes 6, welcher an die Ungleichmäßigkeit der Drehbewegung ergibt. seinem Umfang mit einer Aufzeichnung von beliebi-

Bei der Messung geht man dann so vor, daß eine 65 ger Wellenzahl, z. B. 5000, versehen ist. Ihre Wellenmagnetische Aufzeichnung von willkürlich gewählter länge ist genau gleichmäßig. Diese Aufzeichnung wird Frequenz, mit der ein mit beliebiger Drehzahl (z. B. für die Messung sämtlicher Übersetzungen verwen-Umdrehungen pro Sekunde) rotierender Maßstab det. Für die zu messende Übersetzung wird vom

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Maßstab 6 die Aufzeichnung auf den magnetischen selbe wie beim Abspielen der Aufzeichnung. Der Maßstab 10 abgespielt, und zwar mit Hilfe der zu Magnettonkopf 9 wird mechanisch mit der Welle 4 prüfenden Übersetzungsräder. Die Aufzeichnung am verbunden, die Scheibe 10 von dieser Welle abgekup-

Maßstab 6 ist also für alle zu messenden Übersetzun- pelt und mit Hilfe eines Hilfskleinmotors 11 mit einer

gen gleich, wogegen die Aufzeichnung am Maßstab 5 Drehzahl von z. B. 10 Umdrehungen pro Sekunde ge-10 für jede zu vermessende Übersetzung erst durch dreht. In den Magnettonköpf en 9 und 12 werden

Abspielen vom Maßstab 6 mit Hilfe der zu messen- Spannungen induziert, deren Frequenzen in einem

den Übersetzungsräder erzeugt wird. zweiten Phasendiskriminator 15 subtrahiert werden.

Die Messung der Einflankenabwälzung umfaßt da- wobei die Unterschiedsfrequenz wieder durch die Zahl

her zwei Meßschritte: io der aufgezeichneten Wellen am Maßstab 10 und

durch die Drehzahl der Welle 4 gegeben ist. Da diese

a) Abspielen der Aufzeichnung Wellenzahl zweimal größer ist als auf dem Maßstab 6

Die zu vermessenden Übersetzungsräder 1, 2 und die Drehzahl der Welle 4 zweimal kleiner als die drehen sich mit niedriger Meßdrehzahl, z. B. dreht Drehzahl der Welle 3, ist die Frequenz des Signals sich die Welle 3 einmal in 100 Sekunden, angetrieben 15 des Magnettonkopfes 12 in 1 Sekunde 10 · 10 000 durch einen nicht eingezeichneten Kleinmotor. Der = 100 000 Hz, die Frequenz des Kopfes 9 bei Gegen-Magnettonkopf 9 ist mechanisch mit dem Rahmen sinndrehung 100 000 + 1/200 · 10 000 = 100 050 Hz. des Gerätes und der magnetische Maßstab 10 mit der Der Maßstab 6 induziert im Magnettonkopf 8 Welle 4 verbunden. Der magnetische Maßstab 6 wird 10 · 5000 = 50 000 Hz, und bei Gegensinndrehung vom Kleinmotor 7 mit beliebiger Drehzahl, z. B. 10 ao des Magnettonkopfes 5 werden in diesem Magnettonin der Sekunde, gedreht. Auf dem magnetischen Maß- kopf 50050Hz induziert. Die Differenz beträgt in stab 6 befindet sich die Aufzeichnung einer bestimm- beiden Fällen 50 Hz.

ten Anzahl magnetischer Wellen, z. B. 5000, deren Die Unterschiedsfrequenz der Magnettonköpfe 5 Wellenlänge genau gleichmäßig ist. Sie wird mit einer und 8 wird aus dem Phasendiskriminator 13 über die SpezialVorrichtung erzeugt. Diese Aufzeichnung 25 Schalttafel 14 dem Phasenmesser 16 zugeführt, in den ändert sich nicht und wird für die Messung aller gleichfalls der Ausgang des die Unterschiedsfrequenz Übersetzungen verwendet. Bei der Drehung der der Magnettonköpfe 9, 12 ergebenden Phasendiskri-Scheibe 6 mit z. B. 10 Umdrehungen pro Sekunde mit minators 15 über die Schalttafel 14 eingeführt ist.
Hilfe des Kleinmotors 7 und gleichzeitiger Drehung Die Angabe des Phasenmessers 16 wird von einem der zu vermessenden Räder 1, 2 wird im Aufnahme- 30 Registriergerät 17 aufgenommen. Es ist klar, daß die kopf 8 eine Frequenz induziert, die durch die Wellen- phase dieser Frequenzen bei jeder Umdrehung des zahl am Maßstab 6 sowie durch die Drehzahl be- Maßstabes 10 unter dem Einfluß der Ungleichmäßigstimmt wird, im angeführten Fall eine Frequenz von keit seiner Aufzeichnung schwankt. Die Frequenz 50 000 Hz. Im Aufnahmekopf 5 wird eine Frequenz dieser Schwankungen wird durch die Drehzahl des induziert, welche durch die Wellenzahl am Maßstab 6 35 Maßstabes bestimmt, in diesem Fall 10 Hz. Außer- und durch seine relative Drehzahl gegenüber der dem ändert sich die Phase unter dem Einfluß der Welle 3 bestimmt wird. Im angeführten Fall, wenn Ungleichmäßigkeit der Übersetzung, denn die Masich der Maßstab 6 relativ zur Welle 3 mit 10 Um- gnettonköpfe 5 und 9 drehen sich infolge Ungleichdrehungen und der Kopf 5 mit einer hundertstel Um- mäßigkeit der Übersetzung nicht genau im Überdrehung dreht, erhält man eine Frequenz von 40 Setzungsverhältnis 1:2. Diese Phasenänderung ist 50 050 Hz. Die beiden Frequenzen von den Köpfen 5 beträchtlich langsamer. Wird daher das Registrier- und 8 werden einem Phasendiskriminator 13 züge- gerät 17 so hergerichtet, daß sein Frequenzverlauf leitet, aus welchem die Unterschiedsfrequenz, das ist derart ist, daß es Frequenzen von 0 bis 5 Hz regi-50 050 — 50 000 = 50, erhalten wird. Diese Frequenz striert, wobei es die Frequenz 10 Hz nicht mehr aufist durch die Wellenzahl am Maßstab 6 und durch die 45 zeichnet, so beseitigt man damit den Einfluß der UnDrehzahl der Welle 3 gegeben und ist unabhängig gleichmäßigkeit der Aufzeichnung des magnetischen von der Drehzahl der Scheibe 6. Mit dieser Frequenz Maßstabes 10, und die Angabe des Registriergerätes werden über die Schalttafel 14 die Magnettonköpfe 9, entspricht dem Summenfehler der gemessenen Über-12 gespeist. Setzung. Da die Meßumdrehung der Welle 4 200 Se-

Auf der Scheibe 10 wird auf diese Weise eine 50 künden dauert, verzeichnet das Registriergerät die

magnetische Aufzeichnung unter der Voraussetzung harmonische Ungleichmäßigkeitskomponente der

erzeugt, daß die Scheibe 10 mit der Welle 4 fest ver- Ordnung 1000, was durchaus zufriedenstellend ist.

bunden ist, wobei die Wellenzahl auf dieser Scheibe Das nach diesem Prinzip arbeitende Gerät für die

durch die Wellenzahl der Scheibe 6 und durch die Messung der Gleichmäßigkeit der Übersetzung bei

Größe der Übersetzung zwischen den zu messenden 55 der Einflankenabwälzung ist ganz universell anwend-

Rädernl, 2 gegeben ist. So z.B. werden bei der bar für beliebige Übersetzungen und für beliebige

angeführten Wellenzahl 5000 und beim Überset- Zahnräderdurchmesser. Die einzige einzuhaltendeBe-

zungsverhältnis 1:2 10 000 Wellen aufgezeichnet. dingung ist, daß die Zähnezahl des Rades 1 in einem

Diese Aufzeichnung ist selbstverständlich infolge der ganzzahligen Verhältnis stehen muß zur Zahl der

Ungenauigkeit der Übersetzung ungleichmäßig. 60 aufgezeichneten Wellen auf dem magnetischen Maß-

b) Eigentliche Messung der Ungleichmäßigkeit der ^Sta£ ⁶; *^m 7^™?^™ ^{kam diese}s Verhältnis

Übersetzung ^z" ' ' ' ' ' ' ^usw" ^sein· Diese Bedin-

⁰ gung gründet sich auf die Forderung, daß sich auf

Die Räder 1, 2, deren Gleichmäßigkeit der Über- dem magnetischen Maßstab 10 beim Abspielen eine

Setzung zu messen ist, drehen sich mit kleiner Dreh- 65 ganze Zahl magnetischer Wellen aufzeichnet und

zahl wie beim Abspielen der Aufzeichnung. Die An- daß die Aufzeichnung zusammenhängend ist. Da die

Ordnung der Meßvorrichtung auf der Welle 3 sowie Einflankenabwälzung stets mit einem zu vermessen-

die Drehzahl des Kopfes 5 und der Scheibe 6 ist die- den Rad und einem Musterrad erfolgt, wird die

Zähnezahl des Musterrades entsprechend dieser Bedingung gewählt. Die Zähnezahl des zu vermessenden, auf der Welle 4 befestigten Rades kann beliebig sein.

Die Meßgenauigkeit wird durch die Größe der Wellenlänge der Aufzeichnung sowie durch die Genauigkeit des Phasenmessers bestimmt. Es sind z. B. im vorliegenden Fall am Maßstab 10 10 000 Wellen, so daß bei einer Genauigkeit des Phasenmessers von 2,5° des Phasenwinkels mit einer Genauigkeit von V440 ooo Umfangsteil gemessen werden kann, was besser ist als 1 Winkelsekunde. Auf einem Raddurchmesser von 200 mm entspricht dieser Wert einer kleineren Länge als 0,5 μ.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Gleichmäßigkeit von Zahnradübersetzungen mittels drehbarer magnetischer Maßstäbe, auf denen eine Wechselspannung aufgezeichnet ist und die mit Hilfe von Magnettonköpfen abzutasten sind, bei einer Einflankenwalzprüfung von Zahnrädern, gekennzeichnet durch einen Diskriminator (23), welcher die Differenzfrequenz von zwei Frequenzen bildet, welche abgegeben werden von einem feststehenden (8) und einem mit der Drehzahl des einen Rades (1) des zu vermessenden Räderpaares rotierenden Magnettonkopf (5) an einem mit beliebiger Drehzahl rotierenden Maßstab (6) mit einer magnetischen Aufzeichnung von willkürlich gewählter Frequenz, durch einen zweiten Diskriminator (15), welcher die Difierenzfrequenz von zwei Frequenzen bildet, welche abgegeben werden von einem feststehenden (12) und von einem mit der Drehzahl des zweiten Rades (2) rotierenden Magnettonkopf (9) an einem mit beliebiger Drehzahl rotierenden Maßstab (10), welcher eine magnetische Aufzeichnung der vom erstgenannten Diskriminator (13) abgegebenen und bei einer Rotation mit der Drehzahl des zweiten zu vermessenden Rades (2) aufgezeichneten Frequenz trägt, und durch einen die beiden Differenzfrequenzen der Diskriminatoren (13,15) vergleichenden Phasenmesser (16).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Aufzeichnung mit einem Registriergerät (17) der magnetische Maßstab (10) während des Vergleiches der Differenzfrequenzen in dem Phasenmesser mit einer höheren Drehzahl als derjenigen angetrieben wird, mit der das zweite Rad (2) umläuft.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 915 157, 890 420,
839126;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1000172;
USA.-Patentschrift Nr. 2 641088.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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