Automatisierte Tragbildprüfung

Bei der thermografischen Tragbildprüfung wird das Tragbild eines Zahnradpaars anhand der entstehenden Wärmebilder sichtbar gemacht. Unter definierter mechanischer Last erzeugt die Reibung der Zahnflanken (Wälzgleiten) ein charakteristisches Wärmemuster. Dieses wird mit einer Infrarotkamera für Schub- und Zugflanke erfasst, positionsgetreu der Zahngeometrie zugeordnet und dann Lage und Form des Abdrucks analysiert.

Das Prüfsystem besteht aus einem automatisierten Last-Prüfstand mit Antriebseinheit, einer Wärmebildkamera sowie zugehöriger Sensorik (vgl. Abb. 2: Aufbau der Messzelle mit Kamera und Antriebseinheit). Das zu prüfende Getriebe wird zwischen Antrieb- und Abtriebseite mit Drehmomentaufnehmer montiert und unter definiertem Drehmoment betrieben. Die Infrarotkamera ist so ausgerichtet, dass sie die im Eingriff befindlichen Zahnflanken eines Zahnrads erfasst. Die synchronisierte Steuerungs- und Auswertesoftware koordiniert alle Komponenten. So wird sichergestellt, dass die Kamera definierte Sequenzen aufnimmt während die Antriebsmotoren entsprechend gesteuert werden. Gleichzeitig verarbeitet die Software die aufgenommenen Wärmebilder; die Messdaten werden in Echtzeit analysiert und stellen somit eine relevante Regelgröße für vorgelagerte Fertigungs- und Montageprozesse dar.

Temperaturdaten lassen sich quantitativ auswerten, was Wiederholgenauigkeit und Vergleichbarkeit ermöglicht. Zudem erreicht die Thermografie eine sehr hohe Empfindlichkeit und Auflösung: Selbst feine Kontaktabweichungen werden als Temperaturunterschied sichtbar, je nach Zahngröße mit Submillimeter-Präzision. Weiterhin erlaubt die Thermografie eine Einzelauswertung jeder einzelnen Zahnpaarung, welche individuell ausgewertet werden, anstatt nur einen Gesamtabdruck zu erhalten. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf mögliche Geräuschbildungen.Thermografische Tragbildprüfungen sind wesentlich schneller als eine manuelle Tragbildprüfung, sowohl im Vor- und Nachbereiten als auch im Hinblick auf die Messzeit. Dies ermöglicht 100%-Kontrollen in der Serienfertigung. Die Automatisierung reduziert den Personalaufwand für die Prüfungsdurchführung, Kosten für Arbeitszeit und Verbrauchsmaterialien (Farbe, Reiniger) entfallen.

Jedes Prüfergebnis liegt bei der Thermografie automatisch in digitaler Form vor und kann lückenlos dokumentiert werden. Das schafft Rückverfolgbarkeit und bietet eine Regelgröße für vorgelagerte Fertigungsschritte, ebenso lassen sich Trends oder Muster erkennen. Die automatische Auswertung der Thermogramme garantiert eine stringente Bewertung nach festen Kriterien. Der Auswertealgorithmus entscheidet, ob ein Tragbild innerhalb der Toleranz liegt. Insgesamt wird die Tragbildprüfung damit vom manuellen Prüfvorgang zu einem digital integrierten Prozessschritt, der sich auch für die Optimierung des Fertigungsprozesses verwenden lässt.

Die thermografische Tragbildprüfung ist inline-fähig und lässt sich in bestehende Fertigungslinien integrieren. Um beide Flanken zu prüfen, die Zugflanke und die Schubflanke, wird das Getriebe in beiden Drehmomentrichtungen belastet. Dafür ist ein Antriebskonzept erforderlich, das sowohl antreibende als auch bremsende Last aufbringen kann. Sollen Zug- und Schubflanke getrennt erfasst werden, ist zusätzlich ein Handling-System, etwa ein 6-Achs-Roboter, erforderlich, um die Kamera für jede Flankenrichtung neu zu positionieren. Wird nur eine Flanke betrachtet, kann dieses Handling entfallen. In geschlossenen oder sehr komplexen Baugruppen können daher konstruktive Anpassungen oder zusätzliche optische Komponenten wie Spiegel oder IR-Fenster notwendig werden. Da metallische Oberflächen IR-Strahlung reflektieren und Fremdwärmequellen das Messbild verfälschen, ist der Prüfbereich thermisch abgeschirmt. Eine gezielte Kapselung der Messzone entkoppelt die Infrarotmessung von äußeren Störeinflüssen und stellt reproduzierbare Messbedingungen sicher.Auch wirtschaftlich sollten bestimmte Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. Durch die hohe Prüfgeschwindigkeit lohnt sich die Integration besonders bei mittleren bis hohen Stückzahlen oder bei komplexen Baugruppen. Bei sehr kleinen Serien oder einfachen Bauteilen kann die klassische Methode ausreichend sein. Typischerweise ersetzt die Thermografie-Station einen manuellen Prüfstand und kann an dessen Stelle oder platzsparend dort installiert werden, wo ein konventioneller Prüfstand nicht unterzubringen wäre. Mit frühzeitiger Planung bezüglich Bauraum, Taktzeit und Schnittstellen läuft das System nach der Einrichtung stabil und zuverlässig.