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Verfahren und Einflankenwälzprüfgerät zum Prüfen von Zahnrädern Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Einflankenwälzprüfgerät zum Prüfen von
Zahnrädern durch Einfiankenabwälzung, wobei ein Zahnrad durch einen Antrieb eine
Drehbewegung erhält und die Abtriebsdrehbewegung des zweiten Zahnrades mit der Drehbewegung
eines Bezugssystems verglichen wird, welches aus den Zahnrädern zugeordneten Drehschwingungsaufnehmern
besteht.
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Es ist ein Gerät zum Prüfen von Zahnrädern durch Einflankenabwälzung
bekannte Dieses besteht aus einem Rahmen für die Lagerung zweier Spindeln, auf welche
die zu prüfenden Zahnräder aufgespannt werden können Auf der ersten Spindel ist
weiterhin eine Schwungscheibe befestigt, die gleichzeitig als Reibscheibe eines
Reibscheibengetriebes ausgebildet ist. Die zweite Reibscheibe des Reibscheibengetriebes
ist am Antriebsmotor des Gerätes angebracht und liegt an der Schwungmasse an.
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An der zweiten Spindel des bekannten Gerätes ist eine Wirbelstrombremse
vorgesehen.
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Das Bezugssystem dieses bekannten Einflankelnwälzprüfgerätes besteht
aus den zu prüfenden Zahnrädern zugeordneten seismischen Drehschwingungsaufnehmern,
welche nach bestimmten Gesichtspunkten zusammengeschaltet sind. In ihrem Aufbau
weisen die seismischen Drehschwingungsaufnehmer Je eine Drehmasse auf, die über
eine Drehfeder nahezu reibungsfrei in einem Gehäuse gelagert ist. Die Drehfeder
ist als Kreuzfedergelenk ausgebildet und übernimmt außer der Lagerungsauch die Rückstellfunktion
für die Drehmasse.
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Als berührungslose MeBwertwandler sind zwischen der Drehmasse und
dem Gehäuse des seismischen Drehschwingungsaufnehmers induktive Tauchankersysteme
vorgesehen. Diese sind in einer Brückenschaltung verbunden und.über einen Schleifringübertrager
einem Trägerfrequenzmeßverstärker zugeordnet.
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Außerdem sind zur Schwingungsdämpfung zwischen Gehäuse und Drehmasse
WirbelstromdämpSaysteme angeordnet.
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Dies Bezugssystem ist an dem bekannten Einflankenwälzprüfgerät so
angeordnet, daß die jeweiligen Gehäuse der seismischen Dr ehs chwlngungsaufnehmer
direkt am zu prüfenden Zahnrad bzwO am unteren Ende der das andere Zahnrad aufnehmenden
Spindel befestigt sind.
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Zur Durchführung des Prüfverfahrens wird der Antriebsmotor des Gerätes
in Betrieb gesetzt, welcher über das Reibscheibengetriebe die erste Spindel antreibt.
Dadurch wird dem zu prüfenden Zahnradpaar die Drehbewegung übertragen, wobei zur
Sicherung der Flankenanlage die Wirbelstrombremse der zweiten Spindel in Wirkung
tritt.
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Die zweite Spindel führt nunmehr eine Drehbewegung aus, deren Winkelgeschwindigkeit
ungleichmäBig isto Die Fehler dieser Bewegung rühren u. a. von den Verzahnungsfehlern
der zu prüfenden Zahnräder her. Da an der zweiten Spindel ein seismischer Drehschwingungsaufnehmer
befestigt ist, wird auf dessen Gehäuse die fehlerhafte Abtriebsbewegung über tragen.
Infolge Massenträgheit rotiert jedoch die Drehmasse des Drehschwingungsaufnehmers
gleichmaßig, d. h. sie führt die fehlerfreie Bezugsbewegung des Bezugssystems aus.
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Infolgedessen treten zwischen dem Gehäuse und der Drehmasse des seismischen
Drehschwingungsaufnehmers Relativbewegungen auf, die von den induktiven Tauchankersystemen
aufgenommen werden0 Die dabei entstehenden Verschiebungen der Tauchanker bewirken
eine Verstimmung der Brückenschaltung, wobei die sich ergebende Diagonalspannung
verstärkt am Ausgang des Trägerfrequenzmeßverstärkers als eine den Relativbewegungen
proportionale Spannung zur Registrlertung zur Verfügung steht.
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Vom der zweiten Spindel zugeordneten Drehschwingungsaufnehmer werden
somit alle Ungleichmisigkeiten der Rotation angezeigt. Wie oben schon erläutert,
setzen sich diese Ungleichförmigkeiten zunächst aus den Verzahnungsfehlern der zu
prüfenden Zahnradpaarung zusammen. Von dem Drehschwingungsaufnehmer werden jedoch
auch die Ungleichförmigkeiten des Antriebssystemsangezeigt. Aus diesem Grunde ist
bei dem bekannten Einflankenwälzprüfgerät auch der ersten Spindel ein seismischer
Drehschwingungsaufnehmer zugeordnet. Dieser nimmt die Antriebsungleichförmigkeiten
auf, welche in der Schaltung der Drehschwingungsaufnehmer und deren Registrier-bzw.
Anzeigegeräte elektrisch vom Meßergebnis des zweiten Drehschwingungsaufnehmers unter
Beachtung des Ubersetzungsverhältnisses der Zahnräder abgezogen werden.
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Durch diese bekannte Anordnung und Schaltung zweier seismischer Dr
hs chwingungsaufnehmer an einem Einf lanke nwälzprüfgerät ist die Messung der Verzahnungsfehler
der zu prüfenden Zahnräder bei Einflankenanlage zunächst theoretisch einwandfrei
möglich0 Dieses setzt allerdings voraus, daß die beiden zur Anwendung gelangenden
Dxehschwingungsaufnehmer hinsichtlich Eigenfrequenz und Dämpfung genau gleich abgestimmt
sind. Eine derartig genaue Abstimmung beider Drehschwingungsaufnehmer ist jedoch
mit vertretbarem technischem Aufwand nicht möglich, so daß in Wirklichkeit beide
Drehschwingungsaufnehmer einen gering unterschiedlichen Amplituden- und Phasengang
aufweisen. Versuche haben gezeigt, daß hierdurch eine Kompensation der Antriebsungleichförmigkeiten
nur noch in gewissen Grenzen möglich ist, d. h.
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die Ungleichförmigkeiten des Antriebssystems verfälschen in einem
bestimmten Maße das registrierte Meßergebnis der Drehschwingungsaufnehmer.
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Zur Vermeidung dessen ist es aber auch nicht möglich, ein absolut
genaues Antriebssystem vorzusehen, da beim gegenwärtigen Stand der Technik entsprechend
genaue Antriebsmotoren nicht verfügbar sind0 Ursache dafür sind vor allem
nicht
vermeidbare Unwuchten des Rotors bzw. Kollektors und Unsymmetrien der Wicklungen
des Motors sowie ungleichmäßige Kontakt-Üb ergangwiders tände Einen großen Einfluß
nehmen auch Unsymmetrien des Netzes.
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Diese Fehler des Antriebssystems führen neben den erwähnten Ungleichförmigkeiten
in der Antriebsbewegung auch zu Schwingungen des gesamten Gerätes, wobei insbesondere
Torsionsschwingungen sowie solche Schwingungskomponenten von Bauteilen, welche Achsabstandsänderungen
der zu prüfenden Zahnräder hervorrufen, einen großen Einfluß auf das Meßergebnis
nehmen. Durch die letztgenannten Schwingungen entstehen über dem Zahneingriff Ungleichförmigkeiten
in der Abtriebsbewegung, welche vom Drehschwingungsaufnehmer der Abtriebsspindel
aufgenommen werden und sich durch die Schaltung der beiden Drehschwingungsaufnehmer
nicht kompensieren lassen.
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Das bekannte Verfahren zum Prüfen von Zahnrädern auf Einflankenwälzprüfgeräten
der vorstehend beschriebenen Bauart, bei dem also der Antrieb während des Prüfvorganges
mit den zu prüfenden Zahnrädern in Verbindung steht, führt somit, wie die Versuche
bestätigten, zu mehr oder minder fehlerhaften Meßergebnissen. Eine Amplituden- oder
Phasenverzer~ rung ist jedoch gerade bei solchen Prüfungen, bei denen die der Zahneingriffsfrequenz
überlagerten höher frequenten Fehler registriert und ausgewertet werden sollen,
äul3erst schä-dlich, da dadurch eine Ursachenforschung verfälscht wird.
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Es ist Zweck der Erfindung, Schwingungseinflüsse sowie eine durch
die ungleiche Abstimmung der Drehschwingungsaufnehmer bedingte Amplituden- und Phasenverzerrung
und damit fehlerbehaftete Meßergebnisse zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen
von Zahnrädern durch Einflankenabwälzung, wobei ein Zahnrad durch einen Antrieb
eine Drehbewegung erhält und
die Abtriebsdrehbewegung des zweiten
Zahnrades mit der Drehbewegung eines Bezugs systems verglichen wird, welches aus
den Zahnrädern zugeordneten Drehschwingungsaufnehmern besteht, sowie ein Einflankenwälzprüfgerät
zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem die durch das Antriebssystem
hervorgerufenen Schwingungen und Ungleichförmigkeiten von den zu prüfenden Zahnrädern
ferngehalten werden0 Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß während des
Prüfvorganges der Antrieb von den Zahnrädern getrennt wird.
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Vorteilhaft ist dabei ein Einflankenwälzprüfgerät zur Durchführung
des Verfahrens mit zwei Spindeln für die Aufnahme der zu prüfenden Zahnrädern, wobei
die erste Spindel über ein Reibscheibengetriebe mit einem Antriebsmotor und die
zweite Spindel mit einer Bremse in Verbindung steht, so ausgebildet, daß das Reibscheibengetriebe
drei Reibscheiben aufweist, deren Zwischenscheibe von den beiden übrigen Reibscheiben
außer Eingriff bringbar ist.
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Zweckmäßig ist weiterhin, daß bei einem Einflankenwälzprüfgerät, bei
dem die mit der ersten Spindel verbundene Reibscheibe des Reibscheibengetriebes
als Schwungmasse ausgebildet ist, die Schwungmasse eine Ringform besitzt und in
ihrem Inneren der der ersten Spindel zugeordnete Drehschwingungsaufnehmer angeordnet
isto Dabei ist es günstig, daß zur Verbindung der ersten Spindel mit der Schwungmasse
eine Oldham-Kupplung vorgesehen ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Ungleichförmigkeiten
in der Drehbewegung die vom Antriebssystem herrühren, von den zu prüfenden Zahnrädern
in weitestgehendem Maße fernzuhalten. Die Zahnräder erhalten die für den Prüfvorgang
benötigte Drehbewegung durch die Massenträgheit der rotierenden Teile, so daß insbesondere
die durch den Antriebsmotor hervorgerufenen relativ großen Schwankungen in der Winkelgeschwindigkeit
vermieden sind, Infolge der weitgehenden Vermeidung jeglicher Antriebsungleichförmigkeiten
beim erfindungsgemäßen Verfahren ruft die
an sich unvermeidliche
ungleiche Abstimmung der Drehschwin- -gungsaufnehmer hinsichtlich Eigenfrequenz
und Dämpfung nicht mehr in dem Maße wie. bisher Amplituden- bzw. Phasenverzerrungen
hervor. Durch das erfindungsgemäße Verfähren sind aber auch während des Prüfvorganges
die durch die Fehler des Antriebssystems bedingten Schwingungen des Gerätes, insbesondere
Torsionsschwingungen und durch Schwingungen hervorgerufene Achs#4abstandsänderungen,
in weitgehendem Maße vermieden, so daß insgesamt die registrierten Meßergebnisse
eine wesentlich größere Sicherheit und Aussagekraft besitzen.
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Bei dem Einflankenwälzprüfgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann bei Anordnung von drei Reibscheiben die Zwischenscheibe mit geringstem
baulichen Aufwand von den übrigen außer Eingriff gebracht werden, so daß der Prüfvorgang
im Auslauf vorgenommen werden kann.
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Dabei ist die mit der ersten Spindel verbundene Reibscheibe als Schwungmasse
ringförmig ausgebildet und nimmt in ihrem Inneren den ersten Drehschwingungsaufnehmer
auf. Dadurch soll eine möglichst kurze Baulänge der ersten Spindel erreicht werden,
wodurch eventuelle, vom am unteren Ende der Spindel befestigten Drehschwingungsaufnehmer
hervorgerufene Unwuchtschwingungen weitgehend infolge größerer Steife vermieden
werden. Die Anordnung der Oldham-Kupplung zur Verbindung der ersten Spindel mit
der Schwungmasse bezweckt weiterhin eine möglichst querkraftfreie Ubertragung der
Drehbewegung auf die erste Spindel sowie eine Fernhaltung etwaiger noch verbliebener
Ungleichförmigkeiten infolge Unwucht der Schwungmasse usw Die Erfindung wird nachstehend
an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
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In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen schematisierten
Längeschnitt durch ein Einf lank enwälzprüfg erät g emäf3 der Erfindung und Fig.
2 den Schnitt nach Linde II-II der Fig.
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die Erfindung nicht unmittelbare betreffende Teile weggelassen wurden.
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Das Eiuflankeiwälzprüfgerätbesteht aus einem Gehäuse 1, in welchem
eine Lagerung 2 für eine erste Spindel 3 befestigt ist.
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Weiterhin wiegt das Gehäuse 1 eine Schlittenführung 4 für die Aufnahme
eines mit einer nicht dargestellten Gewindespindel verstellbaren Schlitten 5 auf.
In diesem Schlitten 5 ist eine weitere Lagerung 6 für eine zweite Spindel 7 befestigt.
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Die Spindeln3 und 7 dienen der Aufnahme von zwei zu prüfenden Zahnrädern
8, 9, wobei die Spannmittel nicht gezeichnet sind Am unteren Ende der Spindel 3
ist ein seismischer Drehschwingungsaufnehmer 10 bekannter Bauart befestigt. Dieser
ist umgeben von einer ringförmigen Schwungmasse 11, welche über einen Flansch 12
in einem vom Gehäuse 1 getrennten Gestell 1.1 gelagert ist. Die Schwungmasse 11
ist durch eine Oldham-Kupplung 13 mit der ersten Spindel 3 querkraftfrei verbunden.
Sie ist gleichzeitig die Abtriebs-Reibscheibe eines Reibscheibengetriebes, welches
noch eine Zwischenscheibe 14 sowie eine Antriebs-Reibscheibe 15 aufweist. Dabei
ist die Zwischenscheibe 14 in einem Steg 16 gelagert (siehe Fig. 2), welcher von
Führungslagern 17 axial verschiebbar aufgenommen ist. Der Steg 16 steht weiterhin
unter der Wirkung einer am Gestell 101 befestigten Zugfeder 18. Am anderen-Ende
des Steges 16 liegt über einen Stift 19 ein Hebel 20 an, welcher in Richtung eines
Pfeiles 21 durch ein nicht gezeichnetes Handrad verstellbar ist.
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Die Äntriebs-Reibscheibe 15 ist über einen Lagerflansch 22 im Gestell
1.1 drehbar gelagert und direkt mit dem Wellenstumpf eines Antriebsmotors 23 verbunden.
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Die von der Lagerung 6 aufgenommene zweite Spindel 7 weist an ihrem
oberen Ende ein Wirbelstrombremssystem 24 sowie einen weiteren seismischen Drehschwingungsaufnehmer
25 auf.
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Die beiden seismischen Drehschwingungsaufnehmer 10 und 25 sind in
bekannter Weise so zusammengeschaltet, daß das Übersetznngsverhältnis der zu prüfenden
Zahnräder 8, 9
im Meßergebnis berücksichtigt wird und außerdem vom
Meßergebnis des seismischen Drehschwingungsaufnehmers 25 die vom seismischen Drehschwingungsaufnehmer
10 gemessenen Antriebsungleichförmigkeiten in Abzug gebracht werden.
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Die Wirkungsweise ist wie folgt: Bei Inbetriebnahme des Antriebsmotors
23 wird über die Reibscheibe 15 und die anliegende Zwischenscheibe 14 der Schwungmasse
11 eine Drehbewegung erteilt, Diese wird mittels der Oldham-Kupplung 13 querkraftfrei
auf die erste Spindel 3 übertragen, wodurch die im Eingriff befindlichen Zahnräder
8, 9 sowie die zweite Spindel 7 in Rotation versetzt werden0 Nach Beendigung des
Anlaufvorganges wird der Hebel 20 in Richtung des Pfeiles 21 verstellt, wodurch
über Stift 19 der Steg 16 eine Axialverschiebung gegen die Wirkung der Zugfeder
18 erhält. Dadurch wird die Zwischenscheibe 14 außer Eingriff von der Schwungmasse
11 sowie der Antriebs-Reibscheibe 15 gebracht; das Antriebssystem ist von den zu
prüfenden Zahnrädern 8, 9 getrennt, In dieser Stellung kann der Antriebsmotor 23
abgeschaltet werden. Desgleichen wird das Wirbelstrombremssystem 24 auf der zweiten
Spindel 7 zur Sicherung der Flankenanlage in Wirkung gebracht und die e seismischen
Drehschwingungsaufnehmer 10, 25 mit ihren Schaltungen und Registriergeräten eingeschaltet.
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Während des nun einsetzenden Prüfvorganges erhalten die zu prüfenden
Zahnräder 8, 9 ihre Drehbewegung aus der Schwungenergie der rotierenden Schwungmasse
11, die über die Oldham-Kupplung 13 querkraftfrei auf die erste Spindel 3 übertragen
wird. Diese Drehbewegung wird von dem Wirbelstrombremssystem 24 langsam abgebremst.
Sie ist weitgehend fehlerfrei von irgendwelchen Ungleichförmigkeiten, da der Einfluß
des Antriebsmotors 23 einschließlich des elektrischen Netzes sowie des Reibanheibengetriebes
ausgeschaltet ist. Etwaige noch vorhandene UngleichBörmigkeiten
werden
von dem seismischen Drehschwingungsaufnehmer 10 registriert.
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Das Meßergebnis des seismischen Drehschwingungsaufnehmers 25 setzt
sich aus den durch die Verzahnungsfehler der zuprüfenden Zahnräder 8, 9 bedingten
Ungleichförmigkeiten sowie den etwaigen, noch vorhandenen Antriebsungleichförmigkeiten
zusammen. Diese werden, wie schon erläutert, vom seismischen Drehschwingungsaufnehmer
10 registriert und mit Hilfe der elektrischen Schaltung vom Meßergebnis des seismischen
Drehschwingungsaufnehmers 25 abgezogen.
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Aus der Beschreibung der Wirkungsweise des dargestellten Einflankenwälzprüfgerätes
erklärt sich sofort der allgemeine Gedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei
diesem ist wesentlich, daß das Antriebssystem während des Prüfvorganges von den
zu prüfenden Zahnrädern 8 9 getrennt wird, um während des Prüfvorganges die Antriebsungleichförmigkeiten
und Schwingungen in einem weitestgehenden Maße auszuschliessen. Nur bei einer derartig
weitgehenden Verringerung der Antriebsungleichförmigkeiten ist deren vollständige
Kompensation durch die elektrische Schaltung der seismischen Drehschwingungsaufnehmer
10, 25 infolge deren ungleicher Abstimmung möglich, wodurch genaueste Meßergebnisse
erreichbar sind. Dabei ist es unerheblich, daß wahrend des Prüfvorganges die Drehzahl
der Zahnräder 8, 9 geringfügig abfällt, da der Prüfvorgang in der Regel nach wenigen
Umdrehungen der Zahnräder 8, 9 beendet ist und darüber hinaus der Drehzahlabfall
von beiden seismischen Drehschwingungsaufnehmern 10, 25 registriet wird.
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Aus Vorstehendem erhellt auch, daß das erfindungsgemäße Verfahren
nicht an ein Antriebssystem mit einem Reibscheibengetriebe gebunden ist. Dieses
ist zwar besonders günstig, es sind aber noch weitere auskuppelbare Getriebe anwendbar.
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Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht von der Verwendung
von seismischen Drehsohwingungsaufnehmern 10, 25 abhängig. Es ist auch der Einsatz
anderer Bauarten von Drehschwingungsaufnehmern
möglich. Dieses
trifft z. B. für Kreisel-Drehschwingungsaufnehmer zu, die sich aus einem federgefesselteh,
kardanisch aufgehängten Kreisel zusammensetzen, wobei die Veränderungen der Präzessionsauslenkung
des Kreisels ein Maß für die (absoluten) Drehungleichförmigkeiten des Meßobjektes
sind.