Geräusch und Rundlaufprüfungen von Verzahnungen

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Geräusch und Rundlaufprüfungen von Verzahnungen

Bei der schnellen Einflanken- und Zweiflankenwälzprüfung bzw. Drehfehlerdiagnose und Geräuschprüfung von Verzahnungen, Getrieben und Antriebssträngen mit LiTW-Anlagen kann die Messung unter den Bedingungen erfolgen, wie sie beim späteren Einsatz des Prüfobjekts herrschen.

Prüfdrehzahlen und kurze Auswertezeiten lassen eine 100%-Serienkontrolle in der Produktion zu. Beim Abrollen erzeugt die Verzahnung typische, messbare Verhaltensmuster, die über akustische und/oder geometrische Sensoren erfasst und von Prüfprogrammen durch Rechenverfahren ausgewertet werden. Die Ergebnisse geben Aufschluss über die Zusammensetzung des Fehlersignals und ermöglichen so die exakte Identifikation der Fehlerursache (z.B. Klopfer, Summenteilungsfehler, Exzentrizität, Taumelfehler, Eingriffswinkelfehler). Auch sind Rückschlüsse auf vorhergehende Arbeitsschritte möglich, wie beispielsweise fehlerhafte oder falsch eingestellte Spannmittel.

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Dazu wurden neue Funktionen zur Qualitätsbewertung von Verzahnungen und Getrieben integriert. Die Anlagen analysieren das Abrollgeräusch und führen eine Einflanken- & Zweiflankenwälzprüfung/ Drehfehlerdiagnose durch, bei der Drehzahl (bis Nenndrehzahl) und Lastmoment variabel einstellbar sind. Zusätzlich wird das Zahnspiel bestimmt und der Rundlauffehler im Zweiflankenkontakt ermittelt. Defekte Zähne werden detektiert und mit speziellen Markiersystemen (Laser-, Farb-, Tintenstrahlmarkierungen) zur Nacharbeit markiert. Die Nacharbeit kann unmittelbar an der Prüfanlage erfolgen und das Teil anschließend wieder der Prüfung automatisch zugeführt werden. Weitere Prüfverfahren – wie z.B. Durchmesserüberwachung, Achsabstandskontrolle, etc. – können integriert werden. Die Prüfanlagen sind entweder für den verketteten vollautomatischen Betrieb bzw. für manuelle Be- und Entladung ausgelegt und verwenden gleiche Spannmittel wie vorgeschaltete Bearbeitungsmaschinen. Eine Erweiterung ist daher schnell und kostengünstig umzusetzen.
  Zweiflankenwälzprüfung Einflankenwälzprüfung
  Geometrieprüfung Geräuschprüfung TAC-Test
(Torsional-Acceleration-Test)
TE-Test
(Transmission Error Test)
Merkmale
  • Achsabstand a ≠ const.
  • Prüfdrehzahl ~25U/min
  • Kompensation des Rundlauffehlers der Bauteilaufspannung
  • Achsabstand a ≠ const.
  • Prüfdrehzahl ~300U/min
  • Rechts- und Linkslauf wird getestet
  • Achsabstand a = const.
  • Prüfdrehzahl ~600-6000U/min
  • Prüfung unter wechselnder Last (6-23Nm)
  • Achsabstand a = const.
  • Prüfdrehzahl ~5-100U/min
  • Drehmoment am Antrieb und an der angetriebenen Seite (1-5NM)
  • Kombinierbar mit TAC-Test
Genauigkeit, Auflösung und Wiederholbarkeit
  • Wiederholbarkeit kleiner als 1.5µm
  • Auflösung der Eingangspektren 0.125
  • Wiederholbarkeit geringer als 1.5dB
  • Auflösung der Eingangspektren bei 0.125
  • Wiederholbarkeit geringer als 1.5dB
  • Winkelauflösung 0.3µRad
  • Verschiebungsauflösung 0.003µm
  • 0,02 ° oder 0,35MRad bei 18000 Impulsen vom Encoder
Prüfmerkmale
  • Achsabstand a
  • Rundlauf Fr
  • Wälzsprung fi‘‘
  • Wälzabweichung Fi‘‘
  • Zweikugelmaß MdK
  • Highest value (Peak)
  • Overall energy (Rms)
  • Crest value (Peak/Rms)
  • Nick
  • Kurtosis (fourth moment of signal distribution)
  • Highest value (Peak)
  • Overall energy (Rms)
  • Crest value (Peak/Rms)
  • Nick
  • Kurtosis (fourth moment of signal distribution)
  • Oberflächenfehler (ghost order)
  • Fr' (Rundlauffehler erster Ordnung)
  • fi' (Zahn-zu-Zahn Amplitude)
  • Fi' (max Wälzabweichung)
  • fl' (Zahn-zu-Zahn Amplitude -> langwellige Komponente)
  • fk' (Zahn-zu-Zahn Amplitude -> kurzwellige Komponente
  • Transmission Error und dynamic Backlash
Sensorik
  • Linearer Wegaufnehmer
  • Nullimpuls
  • Schwingungsaufnehmer
  • Drehzahlaufnehmer
  • Drehbeschleunigungsaufnehmer
  • Drehzahlaufnehmer
  • Inkrementales Winkelmesssystem
  • Drehzahlaufnehmer
Prüfsystem LiTW Prüfprogramm Discom Rotas ZP Discom Rotas TAS Discom Rotas TES
Eine Reihe namhafter Automobilhersteller und -zulieferer, bedeutende Maschinenbauunternehmen und Elektrokonzerne haben unsere Anlagen und Diagnosesysteme erfolgreich und zuverlässig im Einsatz.

Mit den ermittelten Daten der verschiedenen Verfahren werden Aussagen über die produzierte Qualität getroffen, Störquellen bzw. Fehlerverursacher (akustische Fehler, konstruktiv bedingte Schwachstellen, Montage-, Funktions- oder Fertigungsfehler und Beschädigungen) identifiziert und Qualitätsnachweise erstellt. Statistische Auswertungen erlauben es, Veränderungen und Trends des Fertigungsprozesses schon im Ansatz zu erkennen, zu steuern, zu sortieren und mit Nacharbeits- und Glättmaschinen zu korrigieren. Zahngenaue Fehler können dabei erfasst, markiert und behandelt werden. Durch Rückfluss dieser Informationen werden in besonderem Maße industrielle Fertigungsprozesse bezüglich der Produktqualität, Fertigungssicherheit und Kosteneffizienz zeitlich und zielorientiert optimiert. Zeitintensive und teure Ausfälle werden mit Hilfe der LiTW-Anlagen rechtzeitig vermieden.

Eine Zahnradprüfung kann auf vielfältigem Wege wie z.B. durch Analyse des Geräuschverhaltens bzw. auf mechanischem Wege wie z.B. durch eine Achsabstandsmessung, Bestimmung der Drehbeschleunigung, oder durch einen Soll-Ist Vergleich der theoretischen und tatsächlichen Stellung einer Zahnradpaarung oder aus einer Kombination aus akustischen und mechanischen Prüfverfahren erfolgen. Die Verzahnungsprüfungen basieren dabei auf der Einflanken- und Zweiflanken-Wälzprüfung.

Die Zweiflanken-Wälzprüfung

Der Prüfling und das Abrollrad haben einen dynamischen Achsabstand zueinander, bei dem die beiden Komponenten in einem Zweiflankenkontakt stehen. Der Prüfling wird angetrieben und das Abrollrad fährt mit einem definierten Federdruck auf Zweiflankenkontakt mit dem Prüfling. Durch geometrische Fehler oder Beschädigungen am Prüfling bewegt sich der Prüfschlitten mit dem Abrollrad um die Länge ∆a.
Zweiflanken-Wälzprüfung
Zweiflanken-Wälzprüfung Draufsicht

Dieser Ausschlag wird für die Geometrieprüfung mit einem linearen Wegaufnehmer aufgezeichnet. Für die Geräuschprüfung ist ein Schwingungsaufnehmer auf dem Prüfschlitten montiert. Bei der Zweiflankenprüfung können sowohl einzelne Zahnräder als auch ganze Wellen geprüft werden.

Auswertung Verzahnung

Auswertung der Verzahnungsprüfung

Prüfauswertung mit Fehlererkennung und Empfehlung
Auswertung der Geräuschprüfung mit Fehlererkennung und Ermittlung zur Korrekturmaßnahme. Mit Hilfe von Nacharbeits- und Glättstationen werden Fehler vollautomatisiert beseitigt.

Die Einflanken-Wälzprüfung

Einflanken Wälzprüfung
Der Prüfling und das Abrollrad haben einen festen Achsabstand zueinander, bei dem die beiden Komponenten in einem Einflanken-Kontakt stehen. Der Prüfling wird abermals angetrieben, und das Abrollrad wird durch einen weiteren Antrieb gebremst, um das gewünschte Drehmoment- / Drehzahlverhältnis aufzubringen.

An der Antriebswelle des Prüflings ist ein rotierender Drehbeschleunigungsaufnehmer (TAC-Sensor) für die Prüfung montiert. Dieser nimmt die Beschleunigungsunterschiede auf, welche durch Teilungsfehler, Beschädigungen o.ä. entstehen, und wertet diese anhand der entsprechenden Software von Discom aus.
Auswertung der TAC-Prüfung – gute Verzahnung / Teil i.O.
Auswertung der TAC-Prüfung – gute Verzahnung / Teil i.O.
Auswertung der TAC-Prüfung – beschädigte Verzahnung – Teil n.i.O
Auswertung der TAC-Prüfung – beschädigte Verzahnung – Teil n.i.O
Exzentrische Verzahnung mit Tragbildfehler
Exzentrische Verzahnung mit Tragbildfehler

TE-Test

Der TE-Test (Transmission Error) ist ein Prüfverfahren, nach der DIN 3960 bzw. VDI 2608 beschriebenen Einflankenwälzprüfung. Hierbei werden die Radsätze entweder durch ein Abrollrad oder durch gegenseitiges Abwälzen der Zahnradpaarung, wie es später im Getriebe gepaart ist, miteinander abgewälzt. Geometrische Abweichungen, die sich auf die Übertragungsfunktion der Radpaarung zwischen Rad und Ritzel auswirken, können dabei effizient erfasst werden. Die Abweichungen führen zu Übersetzungsschwankungen bzw. Drehungleichförmigkeiten, die zur Schwingungs- und Geräuschanregung führen.
Messmethode Transmission Error test
Wälzkurven
Die Übersetzungsschwankung wird als Drehfehler bzw. Einflanken-Wälzabweichung bezeichnet. Zur Erfassung der Messkenngrößen sind hochauflösende inkrementale Winkelschrittgeber an den Achsen installiert. Durch diese kann eine exakte Nachbildung einzelner Zahneingriffe ermöglicht und die Kurve des Gesamtfehlers, die langwellige und kurzwellige Komponente, sowie der Wälzsprung schnell und präzise errechnet und grafisch dargestellt werden.

Optische Oberflächenprüfung

Optische Oberflächenprüfung

Mit der optischen Oberflächenprüfung werden die Messdaten aufgenommen und über eine Schnittstelle an einen Systemcontroller ausgegeben. Zusätzlich verfügt der Sensor über einen Trigger Eingang, über welchen automatische Messungen gestartet und zugeordnet werden können. Dadurch können Rattermarken und Rundheitsfehler erkannt und die die Oberflächengüte beurteilt werden.
Die Oberflächenprüfung arbeitet schnell, wartungsarm, robust und präzise.

Optische Oberflächenprüfung: Oberflächengüte und Rattermarken
Optische Oberflächenprüfung: Oberflächengüte und Rattermarken
Optische Oberflächenprüfung: Rundheitsfehler
Optische Oberflächenprüfung: Rundheitsfehler

Markier- und Kennzeichnungssysteme

Aufbringung eines Data-Matrix-Codes mit Hilfe eines Lasermarkiersystems

Um den Automatisierungsgrad zu erhöhen und die Handhabung zu verbessern, bieten wir Markier- und Kennzeichnungssysteme an. Diese dienen dazu, bestimmte Bereiche der Verzahnungen an Zahnräder und Getriebewellen zu markieren und zu klassifizieren. Insgesamt werden 4 Systeme (Laser-, Tintenstrahl-, Nadelpräge- und Farbmarkierungssystem) angeboten. Bei der Prüfung können Gut- und Schlecht-Teile optisch gekennzeichnet und die Stelle der größten Beschädigungen zahngenau markiert werden. Auch sind Imprägnierungen von einem extrem kleinen Data-Matrix-Code möglich. Mit Hilfe einer Kameraüberprüfung können dadurch alle Angaben (Geometrie-, Bauteileigenschaften, sowie Bauteil- und Chargennummern), Prüfeigenschaften und Unebenheiten der Teile wieder ausgelesen werden.

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