Antriebssysteme, die beschädigte oder verformte Komponenten wie beispielsweise Zahnräder enthalten, erzeugen unerwünschte Betriebsgeräusche und müssen deshalb in der Fertigung erkannt und aussortiert werden. Als optimale Messtechnik hat sich dabei die Laservibrometrie erwiesen, die eine berührungsfreie automatische und zuverlässige Qualitätsprüfung ermöglicht.
Dipl.Ing. Thomas Fuchs, Prüftechnik, Faulhaber, Schönaich
Geräuschmessung bei Kleinstantriebssystemen
Die Anforderungen an höchste Qualität und Zuverlässigkeit verlangen immer aufwändigere Verfahren bei der Güteprüfung. Es ist häufig unumgänglich, jedes einzelne Produkt vor Auslieferung einer zusätzlichen Endkontrolle zu unterziehen, um möglichst eine Nullfehlerrate zu gewährleisten. Hierbei kommen zunehmend berührungslose optische Messverfahren zum Einsatz, die sich durch Nutzenmerkmale, wie Rückwirkungsfreiheit, Genauigkeit und insbesondere ihre Vorteile hinsichtlich leichter Adaption sowie Störunanfälligkeit auszeichnen.
Für eine kundenspezifische Antriebseinheit von Faulhaber, die zwei Motoren mit jeweils zwei Getriebeeinheiten à drei Stufen enthält (Bild 1), wurden zunächst Untersuchungen zur Realisierbarkeit einer automatisierten Qualitätsüberwachung hinsichtlich unerwünschter Betriebsgeräusche durchgeführt. Bereits geringe Abweichungen der Zahnradgeometrien erzeugen typische Geräuschmerkmale, die subjektiv als „Rattern“, „Wimmern“, „Klicken“ oder „Zirpen“ charakterisiert werden (Bild 2) und in einem Prüfstand automatisch erkannt werden sollen. Ziel war, die besagten Geräuschmerkmale bei einem Durchsatz von 10.000 bis 16.000 Teile pro Tag und einer Messdauer < 50 s pro Prüfling kostengünstig und zuverlässig automatisch zu analysieren. Die in einer ersten Entwicklungsphase aufgebauten manuellen Geräuschprüfstände sollten so ausgelegt werden, dass eine prinzipielle Integration in die automatische Fertigungslinie möglich ist. In einem Testlauf erwies sich das Laservibrometer im Vergleich zu Luftschallmessung und Beschleunigungsaufnehmer als beste Messtechnik.
Aufbau des Geräuschprüfstands
Der Prüfstand erlaubt eine schwingungsentkoppelte Aufnahme des Prüflings, wobei der Vibrometermesskopf und die Prüflingsaufnahme auf einer gemeinsamen Grundplatte montiert sind (Bild 3). Die Schwingungsmessung erfolgt an einer empirisch ermittelten, geeigneten Stelle des Antriebs im optimalen Arbeitsabstand des Lasers. Die Auswertesoftware übernimmt die Aufnahme und Auswertung der Vibrometerdaten sowie des Motorstroms zur Berechnung der Systemdrehzahlen. Aus den beiden Signalen werden durch Frequenzanalyse die Leistungsbänder im Bereich der 1. und 2. Drehordnung analysiert. Die Klassifizierung der Prüflinge erfolgt dann über einen Schwellwertvergleich. Das System erkennt alle Geräuschmerkmale zuverlässig. Zunächst konnte bei den manuellen Prüfplätzen eine Prüfzeit von 17 Sekunden, inklusive Handling, erreicht werden. Der erforderliche Durchsatz von bis zu 16.000 Antrieben pro Tag konnte so mit 8 Prüfplätzen realisiert werden. Nach den positiven Erfahrungen mit dem manuellen Geräuschprüfstand wurde das Prinzip so in die automatische Fertigungslinie integriert. Mit Hilfe von drei, parallel arbeitenden Prüfplätzen konnte somit innerhalb einer vollautomatischen Zelle, eine Taktzeit von < 4,5 Sekunden erreicht werden. So können die Kleinstantriebssysteme entsprechend der akustischen Anforderungen automatisch und zuverlässig ausgesondert werden.
Faulhaber, Schönaich
QE 550
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