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3D-Qualitätsprüfung von Getriebegehäusen
für Nutzfahrzeuge

Die Firma ZF Friedrichshafen AG ist führender Hersteller von Getrieben im Bereich Nutzfahrzeuge und entwickelt und produziert weltweit Technologien für Antriebs- und Fahrwerktechnik.

 

Die komplexen Getriebegehäuse für Nutzfahrzeuge werden von ZF im Druckgussverfahren aus Aluminium hergestellt. Basierend auf dem im CAD-System konstruierten Gehäuse werden Druckgusswerkzeuge gefertigt, in welchen die Gehäuse-Teile ausgeformt werden. Bei der Herstellung selbst beeinflussen verschiedene Parameter wie Füllmenge, Druck, Temperaturverhältnisse, Zeit und Werkzeugkonstruktion die Beschaffenheit der Formteile. Um eine stabile Qualität der Druckgussteile gewährleisten zu können, muss die Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen kontinuierlich geprüft werden. An dieser Stelle kommen die hochauflösenden 3D-Vermessungs- und Inspektionssysteme der Firma Breuckmann zum Zug.

 

Die optische Messtechnik aus dem Hause Breuckmann bietet die ideale Lösung für Qualitätssicherung im Bereich Erstbemusterung oder der Serienfertigung. Die Bandbreite beginnt bei Labormesstechnik und endet bei automatisierten Prozesslösungen, wobei selbst in Werkstattumgebung eine präzise Datenerfassung gewährleistet wird.

 
 

Zielsetzung und Messobjekt

Die Inspektionsaufgaben bei der Firma ZF für ein Getriebegehäuse aus Aluminium-Druckguss sind vielfältig: zuerst werden in der Prototypenphase präzise dreidimensionale Daten für die Erstbemusterung benötigt, um die geforderte Qualität zu überprüfen. Ziel der Konstruktion ist dabei die höchste Festigkeit des Gehäuses bei möglichst ausgewogenem Materialeinsatz.

 

Während der Serienproduktion ist Präzision gefragt, wenn es um die Erhaltung des Qualitätsstandards geht: Hier wird die Inspektion des Gehäuses auf Formtreue sowie die Kontrolle der Oberfläche auf Beschädigungen und Deformationen durchgeführt. Ein besonderes Prüfmerkmal ist hierbei die Wandstärke, bei der es auf ein optimales Verhältnis von Stabilität und eingesetzter Materialmenge ankommt.

 

Zuletzt werden die in der Produktion eingesetzten Werkezuge regelmäßig kontrolliert, um Abnutzungserscheinungen rechtzeitig zu erkennen und so mindere Produktqualität erst gar nicht entstehen zu lassen.

 

Alle Inspektionsprozesse können entweder manuell auf einem Drehteller oder in Kombination mit einem Roboter automatisiert durchgeführt (Serienprüfung) werden.

 

Messsystem und -aufbau

Für die Prüfung bei der Erstbemusterung kommt das Breuckmann-Messsystem smartSCAN 3D-HE mit einer 250 Watt-Lampe sowie einem großen Messfeld zum Einsatz. Zur teilweise automatisierten Erfassung des Getriebegehäuses wird zusätzlich die für ein hohes Objektgewicht ausgelegte Rotationseinheit turnTABLE-200 verwendet.

  

 

Arbeitsablauf

Tiefe Rippenstrukturen sind oft mit den Standard-Triangulationswinkeln von flächenhaft messenden optischen Sensoren nicht präzise zu erfassen. Die flexible Sensor-Konfiguration der smartSCAN 3D-Baureihe erlaubt Scanprozesse mit Triangulationswinkeln von 30°, 20° und 10°, wodurch auch mit herkömmlichen Sensoren schwierig zu erfassende Objektbereiche detailgenau gemessen werden.

Im Scanprozess werden zunächst die Einzelaufnahmen mit Hilfe der Breuckmann-Software OPTOCAT erstellt, ausgerichtet und zu einem einheitlichen Dreiecksnetz verbunden. In einem zweiten Schritt werden die so erzeugten Daten mit einer Inspektionssoftware ausgewertet (im vorliegenden Fall Polyworks/Inspector, Hersteller Innovmetric), um die Geometrien zu beurteilen. Der Arbeitsablauf im Detail:

 

1. Messaufbau und Digitalisierung

  • Einrichten von Sensor, Drehteller und Messobjekt
  • Kalibrierung der Sensorik und Verifizierung (VDI2634/2) anhand eines Prüfkörpers (Hantelkörper)
  • Vermessung des Getriebegehäuses (Scanvorgang) und Visualisierung
  • Erstellen des 3D-Datensatzes (Format: STL oder PLY)

2. Vergleich gegen CAD-Daten

  • Erstellen der Prüfmerkmale gemäß Definition (Regelgeometrien, Schnitte, Skalierung)
  • Soll/Ist-Vergleich (Falschfarbenvergleich gegen CAD)
  • Erstellung und Auswertung des Prüfberichts
  • Optimierung der Druckgusswerkzeuge und Anpassung der Produktionsparameter

Ergebnis

Bei vorliegenden CAD-Werkzeugdaten werden diese direkt als Referenz geladen. Typischerweise werden die gemessenen Abweichungen zwischen dem Soll- und Istzustand durch Falschfarbenvergleich visualisiert. Damit sind die Messergebnisse schnell und direkt interpretierbar und können umgehend zur Optimierung des Druckwerkzeuges bzw. der Prozessparameter herangezogen werden. Dies hilft der Produktionsabteilung, selbst unter schwierigen Bedingungen kontinuierliche Effizienz aufrecht zu erhalten und qualitativ hochwertige Getriebegehäuse im Endergebnis zu gewährleisten.

 

Im Vergleich zur herkömmlichen Koordinatenmesstechnik ermöglicht Breuckmanns smartSCAN 3D-HE vor allem bei Freiformflächen eine einfachere und schnellere Interpretation der Messergebnisse. Dem Benutzer steht eine umfassendere Datenbasis zur Weiterverarbeitung zur Verfügung, wodurch im Fall der Prototypen-Bearbeitung der „time to market“-Zyklus wesentlich verkürzt wird.

 

Wir bedanken uns bei der ZF Friedrichshafen AG für die freundliche Zusammenarbeit.

 

 

 

 

Bilder

Präzise Datenerfassung...
... eines Getriebegehäuses...
... mit Breuckmanns naviSCAN...
... live auf dem Messestand.