Automatisierte Prüfung von Wellen mit Passverzahnungen

Lehrenprüfungen zu 100 %

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Der Pendelhalter mit Gutlehrdorn zur automatischen Lehrenprüfung Bilder: Frenco
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Die industrielle Produktion von verzahnten Werkstücken hat enorme Fortschritte gemacht, und so können heute zunehmend engere Toleranzen gefertigt werden. Neue Antriebskonzepte erfordern jedoch präzisere Passungen. Der Gauger von Frenco mit einer neuen Pendelaufnahme zur automatischen Lehrenprüfung macht die Verzahnungslehre zukunftsfähig.

Vor allem durch die Elektromobilität kommen ganz neue Probleme auf die Automobilhersteller und Zulieferer zu: Aufgrund der höheren Drehzahlen in Getrieben treten häufiger Geräuschprobleme auf. Zur Einhaltung engerer Toleranzen werden zunehmend wieder Mess- und Prüfverfahren eingesetzt, wenn die Fähigkeit des Fertigungsprozesses an seine Grenzen stößt. Dies kann bis zu einer 100-Prozent-Prüfung führen, da diese besser als alle anderen Methoden ein sicheres Ergebnis liefert.

Bei der Lehrenprüfung von Passverzahnungen wird jedoch nach wie vor häufig auf den Werker gesetzt, welcher von Hand mit einer Verzahnungslehre die Bauteile prüft. Die einerseits sehr monotonen Arbeitsabläufe bei oftmals hohen Stückzahlen (8000 Stück pro Tag) beziehungsweise die kurzen Taktzeiten von 10 s oder weniger führen zu großen Belastungen des Werkers.

Weiterhin birgt die manuelle Prüfung von Werkstücken mittels Verzahnungslehren auch Risiken, welche eventuell zu falschen Prüfergebnissen führen können. Anwenderfehler zum Beispiel können das Werkstück bei der Lehrenprüfung beschädigen, Zeitdruck kann dazu führen dass ein Werkstück vorschnell aussortiert oder fälschlicherweise auch als IO deklariert wird. Dies führt zwangsläufig zu einer (höheren) Ausschussquote beziehungsweise Mehrkosten durch geringere Chargenausbeute, oder im anderen Fall zu Problemen bei der anschließenden Montage von Welle und Nabe.

Gerade in diesem Fall können erhebliche Kosten auftreten, da Montagebänder still stehen, was in eng getakteten Arbeitsabläufen absolut unerwünscht ist und hohe Ausfallzeiten verursacht.

Beladung des Gaugers erfolgt
durch ein Handlingssystem

All diesen Problemen kann man mit dem Gauger von Frenco (Halle 6, Stand 6307) entgegentreten. Die manuelle Prüfung wird damit ersetzt und die klassische Verzahnungslehre dadurch zukunftsfähig, um auch weiterhin die Gewährleistung der Verbaubarkeit und Gutlehrbedingung erfüllen zu können. Der vollautomatische Gauger wird durch ein Handlingssystem beladen und spannt die Werkstücke mittels eines pneumatischen Spannsystems auf Prismenauflagen. Anschließend wird die Gutlehrprüfung der Verzahnung selbstständig ausgeführt. Das Einfädeln der Lehrringe beziehungsweise der Lehrdorne auf die Welle beziehungsweise in die Nabe erfolgt über programmierbare Logiken sowie eine Kraft-Weg-Überwachung.

Bei Verzahnungen mit kleinen Moduln und niedrigen Taktzeiten ist es empfehlenswert, eine optische Vorausrichtung der Werkstücke beziehungsweise der Lehre vorzunehmen, um ein sicheres Finden der Werkstückposition sowie eine gleichmäßige und reproduzierbare Prüfung zu gewährleisten. Die gemäß diesen Kriterien deklarierten Werkstücke weisen eine sehr geringe Restfehlerquote auf. Somit wird ein unnötiges Verschrotten von „noch guten“ Werkstücken vermieden.

Schwimmend gelagerter Pendelhalter
sorgt für eine sehr exakte Fügbarkeit

Der Gauger ist mit einem eigens entwickelten Pendelhalter ausgestattet, der die von Frenco hergestellten Verzahnungslehren – sowohl Ringe als auch Dorne – aufnimmt. Dieser Pendelhalter ist schwimmend gelagert und kann Fluchtungsfehler sowie Winkelfehler der Werkstücke ausgleichen, was wiederum zu einer guten Fügbarkeit führt.

Hier war das Ziel, die Freiheitsgrade der menschlichen Hand so weit möglich und technisch nötig abzubilden, um die automatische Lehrenprüfung einerseits überhaupt erst zu ermöglichen und diese auf der anderen Seite möglichst zuverlässig und robust zu gestalten.

Weiterhin verfügt der Gauger über einstellbare Kennwerte für die Ablehrkraft, um die Reproduzierbarkeit, die bei der rein manuellen Prüfung nicht immer gegeben ist, zu gewährleisten. Hier hat sich Frenco an der DIN 5480 orientiert, welche eine maximale Prüfkraft von 150 N empfiehlt. Es kann jedoch unter ungünstigen Umständen vorkommen, dass es bei einem mit 150 N geprüftem Werkstück durch leichte Konizität oder Flankenlinienfehlern in der Passverzahnung zu einem Verklemmen der Lehre kommt. Deshalb wurde der Gauger entsprechend ausgerüstet, um Abzugskräfte von bis zu 1000 N zu gewährleisten.

Statistikdaten werden von der Gauger-Software erfasst und können ausgelesen werden, um Fehlerquoten, Taktzeiten oder ähnliches zu analysieren. ■


Der Autor

Andreas Pommer

Technischer Leiter

Frenco

www.frenco.de


Passungsspiel

Diese Aufgaben der Verzahnungslehre können mit dem Frenco-Gauger automatisiert werden:

  • Innenverzahnung: Die rote Toleranzgrenze maximum actual wird bei Innenverzahnungen auf das Maß zwischen Messkreisen umgerechnet und dadurch messbar. Die Grenze minimum actual dient nur als Richtwert zur Fertigungshilfe. Die kleinste zulässige innere Hüllverzahnung minimum effective wird mit einem Gutlehrdorn auf Gängigkeit attributiv geprüft.
  • Außenverzahnung: Die rote Toleranzgrenze minimum actual wird bei Außenverzahnungen auf das Maß über Messkreise umgerechnet und dadurch messbar. Die Grenze maximum actual dient ebenfalls nur als Richtwert für die Fertigung. Die größte zulässige äußere Hüllverzahnung maximum effective prüft ein Gutlehrring.

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