Die mögliche Anwendung der CT in der Verzahnungsmesstechnik ist bisher noch relativ unbekannt. Der Grund hierfür lag an der bisher nicht vorhandenen Möglichkeit CT-Messdaten nach bestehenden Verzahnungsmesstechnik-Normen auswerten zu können. Daraus folgte die mangelnde Rückführung. Der nicht vorhandene Fähigkeitsnachweis verhinderte bislang den Einsatz in der Qualitätssicherung. Aus diesem Grund hat sich Wenzel fokussiert, beide Techniken miteinander zu kombinieren. Durch den direkten Vergleich zwischen Verzahnungsparametern, ermittelt durch taktile Messungen und CT-Scans, ist es nun erstmals möglich, eine Analyse der Messfähigkeit der CT-Technologie an Verzahnungen durchzuführen. Dieser Beitrag soll Qualitätsbeauftragte in der Verzahnungsmesstechnik über den aktuellen Stand der Technik informieren und dazu beitragen, die Rolle der CT als Messtechnik von Verzahnungen zu stärken.
Vorteile und Schwierigkeiten von Verzahnungen aus Kunststoff
Aufgrund von Energieeinsparungsaspekten, verlagert sich der industrielle Fokus bei den Materialien für Maschinenkomponenten zunehmend weg von schwereren Metalllegierungen, hin zu leichten Kunststoffen. Dies erfordert jedoch neben der Überprüfung der geometrischen Produktspezifikation auch einen zusätzlichen Prüfaufwand der potenziellen Haltbarkeit der nichtmetallischen Komponenten. Allerdings leidet die Haltbarkeit von Maschinenkomponenten, die aus Kunststoffen bestehen, stärker unter Materialmängeln als ihre Gegenstücke aus härteren Metalllegierungen. Die industrielle CT mit Röntgenstrahlen eignet sich ideal für zerstörungsfreie Prüfungen von Kunststoffen. Um die CT-Technologie als zuverlässige Methode zur Verzahnungsmessung zu etablieren, werden unterschiedliche Messungen von Getriebeparameter miteinander verglichen. Bewertet werden die CT-Scans anhand von taktilen Referenzmessungen. Die vorgestellte Methode zur rückverfolgbaren Maßmessung von Verzahnungen mit CT orientiert sich an den Richtlinien ISO10360 im Allgemeinen und VDI/VDE 2612/13 speziell für Messungen an Gewinden und Verzahnungen.
Eingesetzte Messgeräte
Als Testobjekt wurde eine durchmessende Geradverzahnung mit einem Normal Modul von 1,2mm aus Kunststoff gewählt. Die Größe eines Messobjekts ist für die CT ein wichtiger Parameter. Die exaCT Computertomographie-Serie von Wenzel ist abgestimmt, um sehr kleine oder wahlweise auch große Bauteile präzise zu messen. Ein Vorteil der verwendeten exaCT L 225 mit einer Leistung von max. 225kV ist zudem die Möglichkeit, mehrere Objekte gleichzeitig zu messen. Dies ist möglich, wenn die Größe des Messobjekts in einem bestimmten Verhältnis zu dessen Merkmalsgrößen stehen, bzw. umgekehrt. Im Falle von Verzahnungen ist es der Durchmesser des Zahnrads (45mm) und das Modul (1,2mm) was diese Bedingungen erfüllt, weswegen das Zahnrad für weitere Tests bei Vielteile-Palettenmessungen verwendet werden kann. Das als Referenz verwendete Verzahnungsmessgerät GT 450 von Wenzel ist eine hochpräzise Verzahnungsmessmaschine für die genaue und schnelle Vermessung von Verzahnungen in Getrieben. Eine weitere Besonderheit der GT 450 ist die Software WM Gear. Diese ermöglicht sowohl die Steuerung der Maschine als auch die Auswertung der Antastpunkte. Die Software übernimmt das Einfädeln des mechanischen Tastelements in die Verzahnung, die Aufnahme der Antastpunkte und die normgerechte Auswertung der taktilen Punktwolke.
Durchschnittliche Abweichungen kleiner 3µm
Es können jegliche Verzahnungen, Gerad-, Schräg-, sowie Schneckenverzahnungen, in ihren Innen-, oder Außenvarianten analysiert werden. Die Software verfügt über die exklusive Wenzel-Schnittstelle ‚virtuelles Koordinatenmessgerät‘. Diese ermöglicht es, die Messungen nicht mehr über die CNC-Steuerung eines Wenzel-KMGs durchzuführen, sondern sie stattdessen 1:1 virtuell im Speicher eines Computers anhand der CT-Daten eines Wenzel-Computertomographen zu realisieren. Bild 1 zeigt die Ergebnisse der Messberichte für die Kunststoff-Geradverzahnung. Die blauen Linien repräsentieren die Messpunkte, während die schwarzen Geraden die theoretische Kontur darstellen. Ein schwarzes Quadrat auf dem Karo des Berichtspapiers entspricht in dieser Einstellung einer Abweichung von 0,25µm. Die Messergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung. Insgesamt wurde für alle Verzahnungsparameter eine maximale Abweichung von weniger als 5µm festgestellt. Die durchschnittlichen Abweichungen liegen sogar www.wenzel-group.com
