Anwenderbericht: Hybrid-Messsystem kombiniert Verzahnungs- und Koordinatenmesstechnik
16.06.15 - Flexibilität und Präzision in der Qualitätssicherung werden vor allem in Unternehmen gefordert, deren Produkte durch einen hohen Grad von Individualisierung gekennzeichnet sind. Auch bei besonders grossen Bauteilen soll auf diese Attribute nicht verzichtet werden.
Aus diesem Grund und um den hohen Anforderungen der Kunden aus Bergbau, Windkraft und Eisenbahnverkehr gerecht zu werden, integrierte das amerikanisch-chinesische Joint Venture Chongqing Xinxing Tongyong Drivetrain Co. Ltd. eine LH 2600 Hybrid in seine Qualitätssicherung. Dieses Messsystem ermöglicht die Messung von Verzahnungen, Wellen, prismatischen Bauteilen und Oberflächenkenngrössen – ohne aufwendiges Umspannen der grossen Bauteile.
Die Entwicklung und Produktion von grossen Verzahnungen ist das Kerngeschäft von Chongqing Xinxing Tongyong Drivetrain Co. Ltd. Dabei liegt der Fokus auf Komponenten wie Wellen, Antriebswellen, Pfeilverzahnungen und Zylinderrädern. Damit die Prozesse immer dem aktuellen Stand der Technik entsprechen, investiert Xinxing Tongyong Drivetrain kontinuierlich in Bearbeitungszentren und Messsysteme.
Messprinzipien von Verzahnungs- und 3D Koordinatenmesstechnik
In der Qualitätssicherung wurde 2011 ein Messsystem des Typs LH Hybrid installiert. Dieses Messsystem ist in seiner Bauform einzigartig. Die Basismaschine ist in Portalbauweise ausgelegt. In die massive Granit-Basisplatte ist ein Drehtisch integriert. So werden die Messprinzipien von Verzahnungs- und 3D Koordinatenmesstechnik miteinander vereint. Zudem zeichnet die LH Hybrid aus, dass sie mit einem verfahrbaren Gegenhalter ausgestattet ist. Dies ermöglicht neben den Messungen verschiedenster Verzahnungen und prismatischer Bauteile auch das Messen von Wellen zwischen Spitzen. Zusätzlich ist die LH Hybrid bei Xinxing Tongyong Drivetrain mit einem Sensor für die Messungen von Rauheit und zur Bestimmung von Oberflächenkenngrössen ausgestattet.
Das Projekt zur Beschaffung eines Messsystems bei Xinxing Tongyong Drivetrain wurde vom Leiter der Qualitätssicherung Yang Xiaoping koordiniert. Bei der Auswahl des Messzentrums war es wichtig, dass sämtliche Verzahnungen des Produktportfolios präzise und zuverlässig messbar sein mussten. Darüber hinaus sollten Messungen von prismatischen Bauteilen wie Gehäusen von Turbinen und Generatoren und die Prüfung von Form- und Lagetoleranzen einfach durchführbar sein.
Nach einem langen Auswahlprozess kam Yang Xiaoping zu dem Ergebnis, dass die Messsysteme der LH Hybrid Serie von Wenzel die einzigen sind, welche die Vorstellungen und Anforderungen wirtschaftlich erfüllten. Als Alternativen standen nur Lösungen mit zwei separaten Messsystemen zur Debatte. Dies hätte jedoch bedeutet, dass wesentlich höhere Investitionskosten angefallen wären. Nicht zuletzt deshalb, weil ein viel grösserer Messraum hätte errichtet werden müssen. Ausserdem hätten die Anwender für zwei Messsysteme geschult werden müssen, für die der doppelte Wartungsaufwand nötig gewesen wäre.
Die Investition hat sich rentiert
„Die vergangenen Jahre, in denen wir die LH 2600 Hybrid im Einsatz haben, haben gezeigt, dass unsere Entscheidung richtig war“, erklärt Yang Xiaoping. „Das Messsystem reduziert die erforderliche Stellfläche, spart Zeit und Kosten für die Maschinenwartung und trägt dazu bei unsere grossen Verzahnungen und Gehäuse schnell und präzise zu prüfen.“
Die Investition in die LH Hybrid hat sich in doppelter Hinsicht rentiert. Denn das System wird auch für Lohnmessungen genutzt. Bereits im Juni 2011, ein Monat nach Inbetriebnahme, trat ein Hersteller von Eisenbahnkomponenten aus Chongqing an das Unternehmen heran. Es ging um eine komplexe Messaufgabe, bei der höchste Präzision gefordert war. Dank des erfolgreichen Abschlusses des Projektes mit der LH Hybrid wurde die Messdienstleistung in das Produktportfolio von Xinxing Tongyong Drivetrain aufgenommen.
„Die Qualität der LH Hybrid zeigte sich auch bei der Messung von geschliffenen Verzahnungen“, sagt Yang Xiaoping. „Unser Produktionsteam hat von einem Grossunternehmen in Chongqing einen Auftrag über das Schleifen von Verzahnungen erhalten. Die Präzisionsmessungen mit der LH Hybrid wurden erfolgreich durchgeführt. Dies bestätigte uns in unserem Vorgehen, Lohnfertigung als Produkt unseres Hauses zu etablieren.“
Zwei bewährte Messsoftwares für anspruchsvolle Messaufgaben
Die LH Hybrid verbindet die Welt der 3D Koordinatenmesstechnik mit der der Verzahnungsmesstechnik. Für die optimale Zugänglichkeit zum Messobjekt, ist die Basismaschine in der für die 3D Koordinatenmesstechnik typischen Portalbauweise ausgelegt. So können u. a. auch grossvolumige Gehäuse vollständig und einfach gemessen werden. Um zusätzlich den Anforderungen der Verzahnungsmesstechnik gerecht zu werden, ist in die massive Basisplatte aus Granit ein Drehtisch eingelassen. Dies ermöglicht die Messung von Verzahnungen nach dem Abwälz-Prinzip.
Für die anspruchsvollen Messaufgaben der 3D Koordinaten- und der Verzahnungsmesstechnik ist das Messsystem mit zwei Software-Paketen ausgestattet. Das Software-Paket TGear wird für die Messungen von Verzahnungen eingesetzt. Durch den modularen Aufbau kann die Software den verschiedenen Messaufgaben beispielsweise von Kegelrädern, Steckverzahnungen, Wellen, Schnecken, Rotoren und anderen rotationssymmetrischen Bauteilen angepasst werden. Die Erstellung der Messprogramme erfolgt über die Eingabe der Verzahnungsparameter in Eingabemasken. Die bewährte Messsoftware Metrosoft CM findet im Bereich der 3D Koordinatenmesstechnik Anwendung. Die Software bietet die umfangreiche Funktionalität für die Analyse geometrischer Grössen und Auswertung von Form- und Lagetoleranzen.
Hilfreiche Funktionalitäten für den Messalltag
Yang Xiaoping und sein Team zeigen sich begeistert. „Die Kombination der beiden Messverfahren hilft uns, schnelle und präzise Ergebnisse für alle unsere Produkte liefern zu können.“ Dabei haben sich einige Funktionalitäten im Messalltag als besonders hilfreich erwiesen:
Rauheitsmessung
Die Anwendung ist sehr bedienerfreundlich, da das Werkstück bereits aufgespannt und ausgerichtet ist. So kann unmittelbar im Anschluss an die Verzahnungsmessung die Rauheitsmessung erfolgen. Dafür wird der Messtaster gegen den Rauheitssensor getauscht und der Messablauf der Rauheitsmessung im CNC Betrieb durchgeführt. Die Messpositionen sind daher identisch mit denen der Profil- und Flankenlinienmessung.
2012 wurden für einen Kunden aus dem Bereich Windenergie Planetenräder gefertigt. Hier wurde eine Oberflächenrauheit von Ra = 0.4 µm gefordert. Für dieses Projekt waren viele Tests mit unterschiedlichen Schleifscheiben und Maschinen-Prozessparametern notwendig. Die Rauheitsprüfung auf der LH 2600 Hybrid ermöglichte es, das Projekt zeitsparend und mit der erforderlichen Genauigkeit abzuschliessen.
Profilmessung von Zylinderrädern
Die Vorgaben der Richtlinie VDI/VDE 2612 sind in den Auswertefunktionen der Software TGear explizit umgesetzt. Für die Auswertung des Eingriffswinkels können entsprechend der Analysevorgaben verschiedene Auswertebereiche definiert werden. Mit dieser Funktion konnten die Anforderungen eines deutschen Kunden hinsichtlich der Auswertung erfüllt werden. Diese sahen vor, dass bei der Auswertung des Eingriffswinkels der Auswertebereich auf den nominellen Kopfkreis erweitert wird. Auch bei der Auswertung des Spiralwinkels wurde der Auswertebereich erweitert, auf die Zahnbreite.
Scannen der Zahnfussrundung
Die Funktionalität zum Scannen der Zahnfussrundung ermöglicht die Auswertung des Zahnfussradius, der Zahnfussrundung und der Flächenevolvente. Der Zustand des Zahnrades nach dem Wälzfräsen und dem Schleifen kann so präzise analysiert werden. Dies ermöglicht verlässliche Auswertungen, die Aufschluss über die korrekte Ausprägung des Wälzfräsers geben.
Verschränkungsprüfung
Mit der Funktionalität zur Verschränkungsprüfung im Verzahnungsprüfprogramm von TGear werden Profil und Flankenlinien an unterschiedlichen Positionen, verteilt über den Zahn, analysiert. Hieraus lassen sich anhand der Verwindung Rückschlüsse auf den Härteverzug ziehen.
Zukunftsorientiert investieren
Aktuell können bei Xinxing Tongyong Drivetrain Verzahnungen mit einem maximalen Durchmesser von 1500 mm gefertigt werden. Die LH 2600 Hybrid hingegen erlaubt die Prüfung von Zahnrädern mit einem maximalen Durchmesser von 2600 mm. So bietet das Messsystem Xinxing Tongyong Drivetrain die Möglichkeit auch dann noch Verzahnungen zu prüfen, wenn die Produktionskapazitäten erweitert werden. Durch einen wachsenden Kundenstamm und steigende Produktionsmengen ist die LH Hybrid bei Xinxing Tongyong Drivetrain seit Mai 2013 täglich in einem 3-Schicht-Betrieb im Einsatz.
