Individuelle Lösung für die Vollprüfung von Zahnrädern im Fertigungsprozess Alles im (Ein) Griff Alles im einem Griff - Quality Engineering

Individuelle Lösung für die Vollprüfung von Zahnrädern im Fertigungsprozess

Alles im (Ein) Griff Alles im einem Griff

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Mit individuellen Lösungen und Integration in die Fertigung schaffen 3plusplus und Premetec Automation Lösungen zur effizienten und effektiven Zahnradprüfung.

Laufeigenschaften und Übertragungsverhältnisse von Getrieben unterliegen maßgeblich dem Einfluss von Form- und Maßabweichungen der verbauten Zahnräder. Aus wirtschaftlichen Gründen werden in der Praxis einfache und schnelle Methoden zur Prüfung bevorzugt und Kontrollen oft stichprobenweise in einem Messraum durchgeführt. Messgeräte müssen aufgrund der Vielzahl von Verzahnungstypen und Getriebeformen in der Regel individuell auf den Einzelfall angepasst werden.

Inlinemessungen haben dabei meist den Nachteil, dass nur die Verzahnungen und keine peripheren Geometriemerkmale geprüft werden, wofür zusätzliche Offlineprüfungen nötig sind. Durch steigende Anforderungen an Getriebe sind Hersteller unter Druck, eine Vollkontrolle vorzunehmen und diese in den Fertigungsprozess zu integrieren. Lange Wege zu Messräumen, unnötige Maschinenstillstände oder komplizierte Verkettungen einzelner Messgeräte sind überflüssig, wenn in einer einzigen Aufspannung alle Merkmale überprüft werden können.
Prüfmerkmale von Zahnrädern werden in Einzelabweichungen und Sammelabweichungen kategorisiert. Einzelabweichungen sind Fehler, die sich auf einzelne Bestimmungsgrößen beziehen, wie Form- und Lagetoleranzen. Zur Prüfung dieser Fehler wird meist die klassische 3D-Koordinatenmesstechnik eingesetzt und das Werkstück mit verschiedenen Tastern gemessen. Die erfassten Messwerte geben Aufschluss über die Beschaffenheit des Zahnrades und sind nur bedingt zur Beurteilung des Verhaltens im Eingriff mit anderen Zahnrädern – des Laufverhaltens – geeignet. Sammelabweichungen bezeichnen das Zusammenspiel mehrerer Einzelabweichungen und werden durch Einsatz von Wälzprüfungen getestet.
Zur Beurteilung des Laufverhaltens sind Einflanken- und Zweiflanken-Wälzprüfung die Standardverfahren. Die Entscheidung zur Verwendung einer der beiden Methoden ist abhängig vom Prüfziel. Bei der Zweiflanken-Wälzprüfung werden der Prüfling und ein Lehrzahnrad spielfrei gegeneinander abgerollt, wodurch sowohl die Links- als auch die Rechtsflanken der einzelnen Zähne in ständigem Eingriff sind.
In der Serienfertigung wird bei Einbindung der Zweiflanken-Wälzprüfung häufig das automatische Erkennen von beschädigten Zähnen – sogenannten Klopfern – integriert. Die Zweiflanken-Wälzprüfung ist die schnellste und einfachste Methode der Wälzprüfung, bietet aber nur einen geringen Informationsgehalt und wegen der besonderen Einbaueinstellung nur geringe Praxisnähe. Sie ist hauptsächlich dazu geeignet, bestimmte Fehlerquellen bei der Herstellung aufzudecken. Außerdem kommen Flankenpartien in Kontakt, die sich im späteren Betrieb nicht mehr berühren.
Aussagekräftiger, jedoch komplexer und zeitintensiver, ist die Einflanken-Wälzprüfung. Ihr Ziel ist die Sicherstellung der ordnungsgemäßen Funktion des Zahnrades. Wie im praktischen Einsatz werden die Prüflinge im Nennachsabstand aufgespannt und laufen mit vorgeschriebenem Verdrehflankenspiel.
Bei beiden Wälzprüfungen werden Lehrzahnräder eingesetzt, die im Gebrauch dem Verschleiß unterworfen sind. Um eine einwandfreie Wälzprüfung zu gewährleisten, müssen die Lehrzahnräder regelmäßig überprüft werden. Außerdem können die gemessenen Abweichungen bei der Wälzprüfung dem Prüfrad nur zugeordnet werden, wenn die Abweichungen des Lehrzahnrades gegenüber denen des Prüflings vernachlässigbar klein sind.
Integrierte hybride Lösungen senken den manuellen und apparativen Aufwand
Um Einzel- und Sammelabweichungen zu bestimmen und dadurch sowohl Geometrie- als auch Funktionsprüfungen durchführen zu können, sind hybride Lösungen notwendig, das heißt Kombinationen von Flanken-Wälzprüfungen mit Mehrstellenmesstechnik. 3plusplus und Premetec entwickeln in Kooperation individuelle Lösungen für die Zahnradvermessung in der Fertigungslinie. Eine Anlage, die von Premetec konstruiert und gefertigt wird, besteht dabei aus mehreren Stationen, die unterschiedliche Arbeitsschritte – von der Montage über die Qualitätskontrolle bis hin zur Beschriftung – übernehmen und jeweils nach Kundenanforderungen zusammengestellt sind. Durch die hohe Flexibilität des Systems können über die Zahnradprüfung hinaus weitere Messungen in die einzelnen Arbeitsschritte integriert werden wie beispielsweise die Kraft-Weg-Überwachung beim Verspannen der gefertigten Zahnräder. Die Steuerung der Messstation sowie Datenaggregation und -aufbereitung erfolgt mittels Software von 3plusplus.
Das Komplettsystem nimmt durch den integrierten Einsatz von Multisensorik Messwerte von unterschiedlichen Tastern und Sensoren auf. Zu prüfende Merkmale aus Koordinatenmessungen, Wälzprüfungen und weiteren Messungen werden durch die Software homogen aufbereitet und bewertet. Rohdaten und Merkmale werden auf der grafischen Benutzeroberfläche ausgegeben und können über eine Vielzahl von Schnittstellen – beispielsweise für MES und ERP – zur Verfügung gestellt werden. Das Werkstück wird in seiner Gesamtqualifikation mit IO oder NIO bewertet. Je nach Kundenanforderungen können weitere Bausteine, wie die Überprüfung des Werkzeugverschleißes oder die Prognose von Wartungszeitpunkten, integriert werden.
Durch die Daten- und Schnittstellenhomogenität entfällt das Zusammenführen einzelner Merkmale, wie es beim Einsatz unterschiedlicher Messgeräte der Fall wäre. Passgenaue Lösungen zur Inline- Zahnradprüfung senken zudem den manuellen und apparativen Aufwand erheblich und steigern Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Anlage. ■

Der Autor

Dr. Manfred Dürschmid
Softwareentwicklung
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