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GEARPAK-Cylindrical Stirnrad Verzahnungsmesstechnik

Flankenlinie zu kurz gemessen?

Die Flankenlinie wird über die ganze Zahnbreite gemessen. Im Zahnradprotokoll erkennt man das an dem Abfall der Flankenlinienabweichungen ins Negative an der Ober- und Unterkante. Dies ist im unteren Bild sehr gut an den Linksflanken erkennbar. Umso mehr verwundert es, dass dies bei den Rechtsflanken nicht der Fall ist.

Zahnradprotokoll: Flankenlinie an Rechtsflanke zu kurz gemessen?
Flankenlinie: Rechtsflanke zu kurz gemessen?

Das wirft Fragen auf:

  • Was ist hier los?
  • Wurden Punkte gelöscht?
  • Wurden die Rechtsflanken zu kurz gemessen?
  • Ist das ein Fehler in der Software?

Diesen Fragen bin ich auf den Grund gegangen.

Die Analyse

Dabei bin ich analytisch vorgegangen. Ich habe mir die verschiedenen Bereiche (Messprogramm, Messdaten, Protokoll) getrennt von einander angesehen. Dabei habe ich mir immer nur den ersten Zahn angeschaut. Da das Problem an allen Zähnen gleichmäßig auftritt.

Das Messprogramm

Zunächst einmal habe ich mir das Messprogramm angeschaut. Laut Messprogramm soll die Messung von Links- und von Rechtsflanken auf Z = 0.0 (das entspricht der Oberkante der Verzahnung) beginnen. Das ist korrekt. Das Messprogramm scheint in Ordnung zu sein.

Die Messpunkte

Danach habe ich mir die Messpunkte angeschaut, die aufgenommen und abgespeichert wurden.

Fehlende Messpunkte für Flankenlinie an Rechtsflanke
Fehlende Messpunkte für Flankenlinie an Rechtsflanke

Ich habe die Messpunkte in Excel geladen und mir die Punkte für Zahn 1 in der YZ-Ebene angeschaut (Zahn 1 liegt per Definition in Richtung der positiven X-Achse). Im obigen Bild schaut man quasi von vorne auf Zahn 1 mit Blick in Richtung Zahnradmittelpunkt. Deshalb sieht man die Linksflanke auf der rechten Seite und die Rechtsflanke auf der linken Seite.

Die Visualisierung zeigt genau das, was wir im Zahnradprotokoll schon gesehen haben: An der Rechtsflanke fehlen im oberen Bereich Messpunkte. Daraus können wir ein paar Schlußfolgerungen ziehen:

  • Die Ursache liegt nicht im Protokoll. Das Protokoll kann nur Messdaten anzeigen, die vorhanden sind.
  • Die Ursache liegt nicht in der Auswertung. Die Auswertung kann nur Messdaten verarbeiten, herausfiltern, die vorhanden sind.
  • Die Ursache muss entweder in der Aufnahme der Messdaten, der Abspeicherung der Messdaten liegen oder daran, dass das Messprogramm nicht zur vorliegenden Verzahnung passt. Das heißt, die Parameter für die Nenngeoemtrie könnten fehlerhaft sein.

Parameter für die Nenngeoemtrie

Aufbauend auf den o.g. Schlussfolgerungen schaue ich mir zunächst die Parameter für die Nenngeometrie (Beschreibung der Verzahnung) an. Da dies mit einer höheren Wahrscheinlichkeit auftritt.

Eine näherer Betrachtung der eingegebenen Parameter im Vergleich zur Zeichnung und zum Zahnradprotokoll zeigt, dass zwischen der Ist- und der Soll-Zahndicke eine größere Differenz besteht:

  • Ist-Zahndicke = 3.544 mm
  • Soll-Zahndicke = 2.481 mm

Normalerweise würde so eine große Differenz zu Kollisionen führen, zumal die Ist-Zahndicke größer ist als die Soll-Zahndicke. Dies wurde im Messprogramm jedoch durch die Wahl eines großen Sicherheitsabstandes vermieden.

Jetzt sind wir der Ursache für das Problem der fehlenden Messpunkte auf der Spur. Die Antastrichtung für die Messpunkte ist normal (= im 90°-Winkel) zur Oberfläche.

Großer Unterschied zwischen Soll- und Ist-Zahndicke als Ursache für fehlende Messpunkte
Großer Unterschied zwischen Soll- und Ist-Zahndicke als Ursache für fehlende Messpunkte

Ich habe die Antastung, die für die Soll-Zahndicke berechnet wurde, in Excel visualisiert. Dazu habe ich zusätzlich zu den Messdaten für Soll- und Ist-Zahndicke

  • die Antastrichtung für den ersten Punkt an der Rechtsflanke,
  • die Messkugel (Durchmesser = 1.0 mm) für den Punkt an der Soll-Zahndicke,
  • die Messkugel (Durchmesser = 1.0 mm) für den Punkt an der Ist-Zahndicke

visualisiert.

In der Visualisierung kann man gut erkennen, dass die Messkugel auf ihrem Weg zur Sollflanke an der Istflanke antastet. Dieser Antastpunkt liegt jedoch nicht wie gewünscht auf Z = 0.0 (= Oberkante der Verzahnung). Der Antastpunkt liegt nach unten versetzt.

Das erklärt auch, warum das Problem bei der vorliegenden Verzahnung nur an den Rechtsflanken auftritt. Bei den Linksflanken verläuft die Antastrichtung ebenfalls normal zur Oberfläche. Auch hier wirkt sich die falsche Zahndickenvorgabe aus. Im Falle der Linksflanken jedoch trifft der erste Messpunkt die Flanke nicht auf Z = 0.0, sondern oberhalb, d.h. auf der Oberkante der Verzahnung (s.o. Visualisierung der aufgenommenen Messdaten mit Excel).

Daraus kann man folgern, dass bei dieser Konstellation

bei einer Schrägverzahnung, linkssteigend: die Rechtsflanken zu kurz gemessen werden,

bei einer Schrägverzahnung, rechtssteigend: die Linksflanken zu kurz gemessen werden,

bei einer Geradverzahnung: das Problem nicht auftritt.

Die Lösung

Die Ursache ist also die falsche Vorgabe der Soll-Zahndicke.

Vermeiden kann man das Problem, indem man die Soll-Zahndicke korrekt vorgibt, z.B. durch Eingabe des Profilverschiebungsfaktors. Dann wird die Flankenlinie für Links- und Rechtsflanken ab der Oberkante gemessen. Der Sicherheitsabstand kann in diesem Fall ebenfalls verringert werden, da keine Kollisionsgefahr mehr besteht.

Von Klaus Stein

Ich bin seit 20 Jahren in der Softwareentwicklung und in der Koordinatenmesstechnik tätig.
Da ich mich speziell um die Software für die Verzahnungsmesstechnik kümmere, ist das ebenfalls ein Themenschwerpunkt.