Prüfsystem : Franzose verspricht Getriebeinspektion in Rekordzeit

Heute werden für die Prüfung von Zahnrädern zwei Verfahren eingesetzt: Zum einen wird das fertige Getriebe mit Hilfe von Masterrädern getestet und der dabei entstehende Achsen-Abstand mit den Sollwerten abgeglichen. Dieser Funktionstest gibt jedoch lediglich Auskunft darüber, ob das Teil in Ordnung ist oder nicht, erlaubt hingegen keine Aussage über die Art des Defekts oder gar Mängel im Fertigungsprozess. Für die zweite Kontrolle zur genauen Bestimmung der Geometrie werden spezielle, taktile Messmaschinen zur Getriebeinspektion eingesetzt. Diese untersuchen innerhalb von fünf Minuten nur etwa vier Zähne, indem sie sechs Profile auf der Länge der Seite und drei auf der Länge der Flanke erstellen, so dass insgesamt 18 Quadrate entstehen, aus denen die Evolvente und die Balligkeit bestimmt werden können. Da normalerweise keine Krümmung vorhanden sein sollte, wird auf diese Weise die Zahnkontakt-Qualität geprüft. Die normale Taktzeit für die Fertigung von Zahnrädern beträgt jedoch etwa 10 bis 40 Sekunden, womit der Inspektionsprozess deutlich zu lange dauert um zu vermeiden, dass defekte Teile weiter in die Montage gehen.

Mit dem neuartigen Prüfverfahren von Mesure-Systems-3D (MS3D) hingegen kann beispielsweise eine Verzahnung mit 23 Zähnen bereits im Werk in weniger als 30 Sekunden komplett in 3D dargestellt und kontrolliert werden, was außerdem Auskunft über Mängel im Prozess gibt. Überprüfen lassen sich gerade sowie spiralförmige Stirnradgetriebe, für deren Vermessung fünf Sensoren verbaut sind, die je nach Durchmesser des Zahnrades unterschiedlich positioniert werden können. Damit sich die Hochgeschwindigkeits-Linienscanner nicht gegenseitig blenden, werfen sie aus unterschiedlichen Richtungen und aus verschiedenen Winkeln eine Linie auf einen definierten Teilabschnitt. Jeder der Sensoren erzeugt dabei 700 Datenpunkte pro Viertausendstelsekunde.

Binnen einer Sekunde lassen sich somit Millionen Datenpunkte generieren, aus denen ein 3D-Modell erstellt wird. Anhand dieser Punktewolke werden µm-genau das Profil der Zähne, der Helix-Winkel, die Balligkeit, der Durchmesser der Flanke, die Zahndicke, der Rundlauf sowie der Abstand zwischen den Zähnen bestimmt. Die besondere Herausforderung bei der Interpretation durch die Software liegt darin, dass die Reflexionen der Laser auf andere Stellen des Bauteils zu einem Messrauschen und damit zu einer Ungenauigkeit führen, die herausgerechnet werden muss. Da diese Hürde erfolgreich genommen wurde, kann über das Prüfverfahren von MS3D erstmals die Frage „Ist das richtige Profil in der richtigen Position?“ korrekt beantwortet werden. Mit den bisher üblichen Verfahren war das nicht möglich – erst recht nicht in 3D. Durch eine entsprechende Optimierung auf Grundlage der in Echtzeit gewonnenen Informationen sinkt die Zahl der Fälle, in denen defekte Teile verbaut werden oder sich der Mangel erst nach der Endmontage herausstellt. Hersteller können dadurch nicht nur den Ausschuss von vornherein reduzieren und erhebliche Kosten einsparen, sondern auch ihren Abnehmern eine Null-Fehler-Garantie geben.

Da die Anforderungen an ein Getriebe je nach Anwendungsbereich unterschiedlich sind, wurde die Maschine vor allem für die Bedürfnisse der Automobilhersteller sowie deren Getriebezulieferer ausgelegt. Der Durchmesser der Zahnräder, für die sich die GearInspection aktuell eignet, liegt zwischen 30 und 80 mm. Sehr kleine Getriebe können somit nicht adäquat geprüft werden, wohl aber solche, die in Werkzeugmaschinen Verwendung finden. Die spezielle Software zur Getriebeinspektion wurde im Vorfeld erfolgreich mit echten Teilen von Kunden, die MS3D bereits beliefert, getestet. Seit Februar 2017 ist die Maschine lieferbar. Derzeit wird außerdem an einer Weiterentwicklung für die Inline-Prüfung von Getriebeachsen gearbeitet.

Auf der diesjährigen Hannover Messe wird die „GearInspection“ in Halle 9 an Stand D05 präsentiert. Dort stehen auch Mitarbeiter von MS3D für erste Gespräche und konkrete Anfragen zur Verfügung.