DE102012014798A1 - Verfahren zur thermographischen Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung - Google Patents

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Dipl.-Phys. Bürkle Hardy
Dipl.-Ing. Lörcher Claus
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Mercedes Benz Group AG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M13/02Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/021Gearings

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermographischen Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung (12), insbesondere eines Achsgetrieberadsatzes für einen Kraftwagen, mit den Schritten: Abwälzen jeweiliger Zahnräder (14, 16) der Zahnradpaarung (12) mit einer vorgegebenen Prüflast, Aufzeichnen jeweiliger thermographischer Aufnahmen (42) von aus der Abwälzbewegung resultierenden Wärmestrahlungen in jeweiligen Auswertebereichen (46) sämtlicher Zahnflanken (36, 38) von zumindest einem der Zahnräder (14, 16), Visualisieren und Überprüfen jeweiliger Tragbilder (40) der Zahnflanken (36, 38) basierend auf den thermographischen Aufzeichnungen, wobei während der Tragbildermittlung zumindest eine jeweilige Flächenschwerpunktskoordinate (x, y) der Tragbilder ermittelt und die Tragbildprüfung unter Zuhilfenahme dieser Koordinaten (x, y) durchgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermographischen Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung, insbesondere eines Achsgetrieberadsatzes für einen Kraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
  • Ein solches Verfahren ist aus der DE 36 38 726 A1 bekannt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Abwälzen jeweiliger Zahnräder der Zahnradpaarung mit einer vorgegebenen Prüflast; Aufzeichnen jeweiliger thermographischer Aufnahmen von aus der Abwälzbewegung resultierenden Wärmestrahlungen in jeweiligen Auswertebereichen sämtlicher Zahnflanken von zumindest einem der Zahnräder; und Visualisieren und Überprüfen jeweiliger Tragbilder der Zahnflanken basierend auf den thermographischen Aufzeichnungen. Der DE 36 38 726 A1 sind jedoch keinerlei Informationen darüber zu entnehmen, wie die auf diese Weise erzeugten Messwerte ausgewertet und welche Parameter im Sinne von Bewertungsgrößen auf welche Weise aus den thermographisch gewonnenen Daten extrahiert werden sollen, um die Tragbildprüfung durchzuführen.
  • Daneben ist es allgemein bekannt, zur Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung die Zähne der Zahnräder mit einer Tuschierfarbe zu tuschieren und einen Prüflauf unter Last mit einer anschließenden visuellen Beurteilung der Zahnräder durchzuführen. Zusätzlich erfolgt eine akustische Beurteilung durch einen Prüfer. Ein wesentliches Problem dabei ist die gleichmäßige, reproduzierbare Aufbringung der Tuschierfarbe, was einen entscheidenden Einfluss auf die Auswertung hat. Zudem können aufgrund eines üblicherweise mehrfachen Überrollens der Zahnräder Fehler, wie beispielsweise Teilungsfehler und dergleichen, nur schwer visuell erkannt werden. Des Weiteren ist eine Zuordnung von akustischen Eigenschaften der Zahnradpaarung zur den so gewonnen Tragbildern nur schwer möglich.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur thermographischen Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung bereitzustellen, mittels welchem eine verbesserte Tragbildprüfung durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur thermographischen Tragbildprüfung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur thermographischen Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung zeichnet sich dadurch aus, dass während der Tragbildermittlung zumindest eine jeweilige Flächenschwerpunktskoordinate der Tragbilder ermittelt und die Tragbildprüfung unter Zuhilfenahme dieser Koordinaten durchgeführt wird. Im Gegensatz zum in der DE 36 38 726 A1 gezeigten Verfahren werden in Form der jeweiligen Flächenschwerpunktskoordinaten der Tragbilder definierte Bewertungsgrößen ermittelt, mittels welchen eine Tragbildprüfung der Zahnradpaarung durchgeführt werden kann. Mithilfe der ermittelten Flächenschwerpunktskoordinaten der jeweiligen Tragbilder kann eine Vielzahl von Fehlern an den Zahnrädern der Zahnradpaarung detektiert werden. Fertigungsfehler wie beispielsweise Teilungssprünge, Gesamtteilungsfehler, Einzelteilungsfehler und dergleichen können mithilfe der ermittelten Flächenschwerpunktskoordinaten ermittelt werden. Darüber hinaus können mithilfe der Flächenschwerpunktskoordinaten auch Positionier- bzw. Montagefehler der Zahnradpaarung, beispielsweise Distanzfehler im Bereichen von Kopf und Fuß der Zahnräder, Fehler in der Zehe-Ferse-Richtung oder dergleichen, ermittelt werden. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verbesserte thermographische Tragbildprüfung ermöglicht.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die thermographische Visualisierung der Wärmestrahlungen unmittelbar nach jeweiligen Zahneingriffen der Zahnräder erfolgt. Dadurch werden möglichst starke Kontraste der thermographischen Aufnahmen ermöglicht, da unmittelbar nach dem Zahneingriff die aus der jeweiligen Abwälzbewegung resultierenden Wärmestrahlungen in den jeweiligen Auswertebereichen der Zahnflanken am stärksten ausgeprägt sind, sodass eine Visualisierung und Überprüfung jeweiliger Tragbilder der Zahnflanken basierend auf den thermographischen Aufzeichnungen auf besonders zuverlässige Art und Weise erfolgen können.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass vor dem Abwälzen der Zahnräder mit der vorgegebenen Prüflast die Zahnräder lastfrei aneinander abgewälzt und jeweilige thermographische Referenzaufnahmen der Zahnflanken aufgezeichnet werden, welche mit den späteren Aufnahmen im Lastfall überlagert werden. Mit anderen Worten wird zum automatischen Eliminieren vorhandener Reststrahlung bzw. Reflexe die Aufnahme ohne Last aufgezeichnet und bei einer späteren Auswertung von jedem einzelnen thermographischen Bild abgezogen, sodass für die Messung störende Helligkeitsunterschiede auf einfache Weise ausgeglichen werden können.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass vor dem Abwälzen der Zahnräder mit der vorgegebenen Prüflast die Zahnräder lastfrei aneinander abgewälzt und die Zahnflanken mit einer zusätzlichen Infrarotbeleuchtung bestrahlt werden, wobei jeweilige thermographische Aufnahmen der Zahnflanken aufgezeichnet werden, mittels welchen die jeweiligen Auswertebereiche ermittelt werden. Alternativ wird in einem Aufnahmebereich einer Wärmebildkamera hinter einem der Zahnräder eine als dauerhafte Hintergrund-Referenzfläche dienende Kühlfläche angebracht, wobei beim Abwälzen der Zahnräder mit der vorgegebenen Prüflast jeweilige thermographische Aufnahmen der Zahnflanken aufgezeichnet werden, mittels welchen die jeweiligen Auswertebereiche ermittelt werden. In beiden Fällen kann eine automatische Detektion der jeweiligen Zahnflanken, welche im Wesentlichen den Auswertebereichen entsprechen, erzielt werden, sodass die thermographischen Aufnahmen in den jeweils relevanten Bereichen des Zahnrades durchgeführt werden können.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die thermographischen Aufnahmen schubflankenseitig und zugflankenseitig jeweils mittels einer separaten Wärmebildkamera oder mittels einer einzigen Wärmebildkamera in Kombination mit einer umschaltbaren Spiegelanordnung oder mittels einer einzigen Wärmebildkamera an einer mechanischen Positioniereinheit (z. B. Industrieroboter) aufgezeichnet werden. Dadurch wird gewährleistet, dass sowohl die Schubflanken als auch die Zugflanken des jeweils zu untersuchenden Zahnrades überprüft werden können.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zahnräder vor ihrem Abwälzen mit einer Minimalmengen-Sprühbeölung versehen werden. Dadurch wird eine gleichmäßige Schmierung der Zahnräder gewährleistet, sodass ein ungewolltes Fressen der Verzahnungspartner vermieden und gleichzeitig durch den minimal dünnen Ölfilm eine ungestörte thermographische Visualisierung der Wärmestrahlungen ermöglicht werden kann.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die thermographischen Aufnahmen zahnsynchron mittels einer geeigneten Triggerung, realisiert durch einen auf die Zahnkanten des Zahnrades ausgerichteten Triggersensor auf induktiver oder kapazitiver oder optischer Basis oder einen internen Drehgeber, aufgezeichnet. Dadurch wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die thermographischen Aufnahmen von den jeweiligen Zahnflanken der Zahnräder zum richtigen Zeitpunkt, also unmittelbar nach dem Zahneingriff, aufgezeichnet werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Nebenachsbreite, eine Hauptachslänge und/oder ein Hauptachsenwinkel und/oder ein Flächeninhalt der jeweiligen Tragbilder ermittelt werden, wobei die Tragbildprüfung unter Zuhilfenahme von zumindest einer dieser Größen oder in Kombination dieser Größen durchgeführt wird. Durch Erfassung dieser weiteren Bewertungsgrößen können Fehler an der Zahnradpaarung noch zuverlässiger und exakter ermittelt werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass Flächenschwerpunkte der Tragbilder der Zahnflanken ermittelt und basierend darauf jeweilige Lagen von Berührungsflächen für jeden Zahn ermittelt werden. Dadurch können auf besonders einfache Weise die jeweiligen Lagen der Berührungsflächen ermittelt werden, anhand welcher eine besonders zuverlässige Tragbildprüfung der Zahnradpaarung durchgeführt werden kann.
  • Schließlich ist es in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass Schwankungen der Flächenschwerpunktskoordinaten in Breitenrichtung der Zahnflanken über eine gesamte Umdrehung von einem der Zahnräder ermittelt und basierend darauf ein Gesamtteilungsfehler des Zahnrads ermittelt wird. Mit anderen Worten kann durch die Analyse dieser Schwankungen der Flächenschwerpunktskoordinaten in Breitenrichtung der Zahnflanken auf besonders einfache Weise ein Rundlauf der Zahnradpaarung untersucht werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Die Zeichnung zeigt in:
  • 1 eine Perspektivansicht auf eine Vorrichtung zur thermographischen Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung, wobei zwei Zahnräder der Zahnradpaarung aneinander abgewälzt und mittels einer Thermographiekamera thermographische Aufnahmen von aus der Abwälzbewegung resultierenden Wärmestrahlungen in jeweiligen Auswertebereichen sämtlicher Zahnflanken von dem einen Zahnrad aufgezeichnet werden;
  • 2 eine perspektivische Detailansicht auf eine Mehrzahl von Zähnen eines als Tellerrad ausgebildeten Zahnrades;
  • 3 eine thermographische Aufnahme von dem in den 1 und 2 gezeigten Tellerrad, wobei jeweilige Tragbilder der Zahnflanken des Tellerrads visualisiert sind;
  • 4 eine schematische Detailansicht auf ein Tragbild von einer der in 3 gezeigten Zahnflanken, welches basierend auf den thermographischen Aufzeichnungen erstellt wurde, wobei eine Mehrzahl von Bewertungsgrößen, welche im Zuge der Analyse des Tragbilds ermittelt werden, gezeigt sind;
  • 5 ein Diagramm, in welchem auf der Ordinate jeweilige Flächenschwerpunktskoordinaten in Breitenrichtung der Zahnflanken über eine Mehrzahl von Umdrehungen des Tellerrads aufgetragen sind, wobei sowohl ermittelte Rohwerte als auch gemittelte Werte in dem Diagramm aufgetragen sind; und in
  • 6 ein Diagramm, in welchem der in 5 kenntlich gemachte Ausschnitt dargestellt ist.
  • Eine Perspektivansicht auf eine Vorrichtung 10 zur thermographischen Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung 12 ist in 1 gezeigt. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Zahnradpaarung 12 um einen Achsgetrieberadsatz für einen Kraftwagen. An der Vorrichtung 10 ist ein als Tellerrad 14 ausgebildetes Zahnrad und ein als Kegelrad 16 ausgebildetes Zahnrad angebracht. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 eine Sprühvorrichtung 18, mittels welcher die Zahnradpaarung 12 vor ihrem Abwälzen bzw. auch während ihres Abwälzens mit einer Minimalmengen-Sprühbeölung versehen werden kann. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 10 eine Wärmebildkamera 20, mittels welcher in einem Aufnahmebereich 22 thermographische Aufnahmen von aus der Abwälzbewegung der beiden Zahnräder 14, 16 resultierenden Wärmestrahlungen aufgezeichnet werden können. Weiter umfasst die die Vorrichtung 10 eine als Näherungssensor ausgebildeten Triggervorrichtung 23, mittels welcher die Bildaufnahme der Wärmebildkamera 20 zahnsynchron getriggert wird. Zusätzlich umfasst die die Vorrichtung 10 eine als dauerhafte Hintergrund-Referenzfläche dienende Kühlfläche 25 zur Zahnflankendetektion. Bei der Kühlfläche 25 kann es sich beispielsweise um ein Peltier-Element handeln. Des Weiteren kann mittels der Vorrichtung 10 eine Distanzverschiebung in die mit dem Doppelpfeil 24 bezeichneten Richtungen zwischen dem Tellerrad 14 und dem Kegelrad 16 während eines Prüflaufs vorgenommen werden.
  • In 2 ist in einer Perspektivansicht ein Ausschnitt des Tellerrads 14 gezeigt. Das Tellerrad 14 weist eine Vielzahl von Zähnen 26 auf, wobei die jeweiligen Zähne 26 eine Zehe 28, eine Ferse 30, einen Kopf 32, einen Fuß 34, eine auf der konvexen Zugseite ausgebildete Zahnflanke 36 und eine auf der konkaven Zugseite ausgebildete Zahnflanke 38 umfassen. An einem der Zähne 26 ist ein Bereich markiert, von welchem üblicherweise ein Tragbild 40 während einer thermographischen Tragbildprüfung der in 1 gezeigten Anordnung am Tellerrad 14 erstellt wird.
  • In 3 ist eine thermographische Aufnahme 42 in dem in 1 gezeigten Aufnahmebereich 22 des Tellerrads 14 gezeigt. Bei einer unmittelbaren Aufzeichnung einer jeweiligen thermographischen Aufnahme 42 können die aus der Abwälzbewegung resultierenden Wärmestrahlungen in jeweiligen Auswertebereichen sämtlicher Zahnflanken 36, 38 des Tellerrads 14 aufgezeichnet werden.
  • Nachfolgend wird ein Prüfablauf zur thermographischen Tragbildprüfung der Zahnradpaarung 12 erläutert. Vor dem Aneinanderabwälzen der beiden Zahnräder 14, 16 erfolgt zunächst eine Sprühbeölung mittels der Sprühvorrichtung 18, sodass eine Minimalmengen-Sprühbeölung der Zahnradpaarung 12 gegeben ist. Eine ideale thermographische Auswertung wäre mit nicht geschmierten Zahnrädern 14, 16 gegeben, jedoch soll durch die Schmierung ein Fressen der Zahnräder 14, 16 vermieden werden. Anschließend werden das Zahnrad 14 und das Zahnrad 16 noch ohne Last aneinander abgewälzt, wobei währenddessen eine Drehzahlstabilisierung erfolgt. Zur automatischen Detektion der jeweiligen Zahnflanken 36, 38 wird während des lastlosen Aneinanderabwälzens der Zahnräder 14, 16 eine thermographische Aufnahme mittels der Wärmebildkamera 20 bei einer gleichzeitigen zusätzlichen Infrarotbeleuchtung aufgezeichnet. Oder alternativ wird zur automatischen Detektion der jeweiligen Zahnflanken 36, 38 während des lastbeaufschlagten Aneinanderabwälzens der Zahnräder 14, 16 eine thermographische Aufnahme mittels der Wärmebildkamera 20 mit dem durch die (z. B. als Peltier-Element ausgestaltete) Kühlfläche 25 künstlich neutral geschaffenen Hintergrund, der eine Kontrastverbesserung bewirkt, aufgezeichnet.
  • Des Weiteren wird zum automatischen Eliminieren vorhandener Reststrahlungen bzw. Reflexe ebenfalls eine thermographische Aufnahme ohne Last aufgezeichnet, mit der bei einer späteren Auswertung jede einzelne thermographischen Aufnahme 42 korrigiert wird. Anschließend wird eine entsprechend vorgegebene Prüflast mittels der Vorrichtung 10 auf die Zahnradpaarung 12 ausgeübt, wobei die eigentliche Messung bzw. Prüfung unter üblichen Betriebsbedingungen stattfindet, beispielsweise bei Umdrehungszahlen von 600 bis 1000 Umdrehungen pro Minute für das Zahnrad 16 bzw. je nach Übersetzungsverhältnis der Zahnradpaarung 12 von 100 bis 500 Umdrehungen pro Minute für das Zahnrad 14.
  • Während dieses Prüflaufs unter Last werden mittels der Wärmebildkamera 20 innerhalb des Aufnahmebereichs 22 entsprechende thermographische Aufnahmen 42 von aus der Abwälzbewegung resultierenden Wärmestrahlungen in jeweiligen Auswertebereichen 46 sämtlicher Zahnflanken 36, 38 von dem Tellerrad 14 aufgezeichnet. Die Prüflast wird dabei so gewählt, dass ein Wärmeabdruck bis zu einem nächsten Eingriff jeweiliger Zähne 26 des Zahnrads 14 mit jeweiligen nicht näher bezeichneten Zähnen des Zahnrads 16 nicht mehr thermographisch erfassbar sind. Damit beide Flanken 36, 38 des Zahnrads 14 mittels der Wärmebildkamera 20 aufgenommen werden können, kann eine hier nicht dargestellte umschaltbare Spiegelanordnung vorgesehen sein, sodass mit der Wärmebildkamera 20 sowohl schubflankenseitig als auch zugflankenseitig die thermographischen Aufnahmen 42 aufgezeichnet werden können. Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass die thermographischen Aufnahmen 42 schubflankenseitig und zugflankenseitig jeweils mittels zweier separater, hier nicht gezeigter Wärmebildkameras aufgezeichnet werden. Oder als weitere Alternative kann sich die Wärmebildkamera 20 an einer hier ebenfalls nicht gezeigten mechanischen Positioniereinheit befinden, die ein automatisiertes Umpositionieren zwischen der Schub- und Zugflankenseite ermöglicht.
  • Die Tragbilder 40 werden basierend auf den thermographischen Aufnahmen 42 visualisiert. Die thermographische Visualisierung der Wärmestrahlung erfolgt dabei unmittelbar nach jeweiligen Zahneingriffen der Zahnräder 14, 16. Die thermographischen Aufnahmen 42 erfolgen zahnsynchron durch eine entsprechende Triggerung.. Die Wärmebildkamera 20 liefert dabei ein Flächenbild.
  • Anhand von 4, welche den in 3 hervorgehobenen Ausschnitt 44 zeigt, werden die im Rahmen der thermographischen Tragbildprüfung ermittelten Bewertungsgrößen näher erläutert. Zunächst einmal ist in 4 der Auswertebereich 46 zu erkennen, innerhalb dessen die Auswertung der thermographischen Aufnahmen 42 automatisch erfolgt. Des Weiteren ist das visualisierte Tragbild 40 zu erkennen, wobei während der Tragbildermittlung eine Flächenschwerpunktskoordinate x in Längsrichtung 48 und eine Flächenschwerpunktskoordinate y in Breitenrichtung 50 des Tragbilds 40 ermittelt werden. Ferner wird eine Hauptachslänge 52 sowie eine Nebenachsbreite 54 von dem Tragbild 40 ermittelt. Optional können auch weitere Größen, wie beispielsweise ein Flächeninhalt des Tragbilds 40, bestimmte Winkelmaße oder dergleichen, erfasst werden. Die Tragbildprüfung erfolgt dabei unter Zuhilfenahme von zumindest einer dieser Größen x, y, 50, 52, 54 oder in Kombination dieser Größen x, y, 50, 52, 54. Insbesondere kann mithilfe der Flächenschwerpunktskoordinaten x, y ein Flächenschwerpunkt S des Tragbilds 40 ermittelt werden, wobei mithilfe der Flächenschwerpunkte x, y der Tragbilder 40 der jeweiligen Zahnflanken 36, 38 die jeweiligen Lagen hier nicht näher bezeichneter Berührungsflächen für jeden Zahn 26 ermittelt werden können.
  • In 5 ist ein Langzeitverhalten des Zahnrads 14 in einem Diagramm gezeigt, wobei für etwa 35 Umläufe des Zahnrads 14 jeweilige Werte der Flächenschwerpunktskoordinaten y für die jeweiligen Zähne 26 aufgetragen sind. Auf der Ordinate 56 ist ein Wertebereich in Pixeln für die aufgetragenen Flächenschwerpunktskoordinaten y und auf der Abszisse 58 sind die jeweiligen Zähne 26 des Zahnrads 14 in sich wiederholender Abfolge für die jeweiligen Umdrehungen des Zahnrads 14 aufgetragen. Im vorliegenden Diagramm sind dabei jeweilige Rohwerte 60 als auch gemittelte Werte 62 der Flächenschwerpunktskoordinaten y aufgetragen. Die Mittelung kann dabei beispielsweise über eine Zähneanzahl des Zahnrads 16 oder der Anzahl der Zähne 26 des Zahnrads 14 erfolgen. Wie zu erkennen, verändern sich die gemittelten Werte 62 mit zunehmender Anzahl der durchgeführten Umdrehungen des Zahnrads 14, wodurch ein Einlaufverhalten zu erkennen ist. Dieser Verlauf lässt sich auch vorausberechnen, wodurch Prüfzeit eingespart werden kann. Nach hinreichend häufigen Umläufen des Zahnrads 14 stellt sich ein entsprechender Sättigungswert 64 ein, welcher ein Maß für die Tragbildlage darstellt.
  • In 6 ist der in 5 gekennzeichnete Ausschnitt 66 aufgetragen. Anhand einzelner Spitzen 68 der Werte der Flächenschwerpunktskoordinate y können Teilungssprünge an dem Zahnrad 14 erkannt werden, wobei die Ursache hierfür beispielsweise in einem Verschleiß einer Schleifscheibe liegen kann, mittels welcher das Zahnrad 14 gefertigt wurde. Der über der Ordinate 56 dargestellte Bereich entspricht dabei einem Umlauf des Zahnrads 14 bei einer Zähnezahl von 45. Durch eine Interpolation der Messwerte mit einer Sinuskurve 70 kann dabei auf einen Gesamtteilungsfehler des Zahnrads 14 geschlossen werden, wobei die Amplitude 72 der Sinuskurve 70 ein Maß für den Gesamtteilungsfehler ist. Der Gesamtteilungsfehler ist ein Maß für den Rundlauf des Zahnrads 14. Des Weiteren können mittels einer solchen Analyse auch Rückschlüsse auf Einzelteilungsfehler des Zahnrads 14 gezogen werden.
  • Mithilfe der thermographischen Tragbildprüfung können des Weiteren auch Rückschlüsse auf Distanzfehler gezogen werden, welche Positionierfehlern bzw. Montagefehlern bei der Positionierung des Zahnrads 14 zu dem Zahnrad 16 entsprechen. Basierend darauf kann eine Berechnung bzw. Mittelung des Distanzmaßes zwischen der Zahnflanke 38 und der Zahnflanke 36 erfolgen, sodass im Rahmen der Tragbildprüfung eine entsprechende axiale Verschiebung des Zahnrads 16 für eine optimale Paarung des Zahnrads 16 mit dem Zahnrad 14 vorgenommen werden kann. Darüber hinaus können auch Fehler in Zehe-Ferse-Richtung, nicht ausgeschliffene Zähne (Rohteilfehler) entdeckt und auch Rückschlüsse auf ein Geräuschverhalten (NVH-Verhalten) der Zahnradpaarung 12 gezogen werden. Alternativ kann auch eine Auswertung über einen Modellbildungsansatz erfolgen, indem eine Sollform des Tragbildes 40 ermittelt wird. Um Zahnräder 14, 16 verschiedener Ausführungsformen (Modul, Zähnezahl, Zahnform) mit dem gleichen Auswerteansatz bewerten zu können, kann zudem eine Entzerrung der gekrümmten Zahnflanken 36, 38 auf eine ebene Fläche erfolgen.
  • Ferner ist es ebenfalls möglich, thermographische Aufnahmen 42 von dem als Kegelrad ausgebildeten Zahnrad 16 aufzuzeichnen und eine entsprechende Tragbildprüfung an diesem Zahnrad 16 durchzuführen. Aufgrund der stärkeren Krümmung der Zähne des Zahnrads 16 gestaltet sich die Aufzeichnung entsprechender thermographischer Aufnahmen jedoch schwieriger als bei dem als Tellerrad ausgebildeten Zahnrad 14.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3638726 A1 [0002, 0002, 0006]

Claims (11)

  1. Verfahren zur thermographischen Tragbildprüfung einer Zahnradpaarung (12), insbesondere eines Achsgetrieberadsatzes für einen Kraftwagen, mit den Schritten: – Abwälzen jeweiliger Zahnräder (14, 16) der Zahnradpaarung (12) mit einer vorgegebenen Prüflast; – Aufzeichnen jeweiliger thermographischer Aufnahmen (42) von aus der Abwälzbewegung resultierenden Wärmestrahlungen in jeweiligen Auswertebereichen (46) sämtlicher Zahnflanken (36, 38) von zumindest einem der Zahnräder (14, 16); – Visualisieren und Überprüfen jeweiliger Tragbilder (40) der Zahnflanken (36, 38) basierend auf den thermographischen Aufzeichnungen; dadurch gekennzeichnet, dass während der Tragbildermittlung zumindest eine jeweilige Flächenschwerpunktskoordinate (x, y) der Tragbilder (40) ermittelt und die Tragbildprüfung unter Zuhilfenahme dieser Koordinaten (x, y) durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermographische Visualisierung der Wärmestrahlungen unmittelbar nach jeweiligen Zahneingriffen der Zahnräder (14, 16) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abwälzen der Zahnräder (14, 16) mit der vorgegebenen Prüflast die Zahnräder (14, 16) lastfrei aneinander abgewälzt und jeweilige thermographische Referenzaufnahmen der Zahnflanken (36, 38) aufgezeichnet werden, welche mit den späteren Aufnahmen (42) im Lastfall überlagert werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abwälzen der Zahnräder (14, 16) mit der vorgegebenen Prüflast die Zahnräder (14, 16) lastfrei aneinander abgewälzt und die Zahnflanken (36, 38) mit einer zusätzlichen Infrarotbeleuchtung bestrahlt werden, wobei jeweilige thermographische Aufnahmen der Zahnflanken (36, 38) aufgezeichnet werden, mittels welchen die jeweiligen Auswertebereiche (46) ermittelt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Aufnahmebereichs (22) einer Wärmebildkamera (20) hinter einem der Zahnräder (14, 16) eine als dauerhafte Hintergrund-Referenzfläche dienende Kühlfläche (25) angebracht wird, wobei beim Abwälzen der Zahnräder (14, 16) mit der vorgegebenen Prüflast jeweilige thermographische Aufnahmen (42) der Zahnflanken (36, 38) aufgezeichnet werden, mittels welchen die jeweiligen Auswertebereiche (46) ermittelt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermographischen Aufnahmen (42) schubflankenseitig und zugflankenseitig jeweils mittels einer separaten Wärmebildkamera oder mittels einer einzigen Wärmebildkamera (20) in Kombination mit einer umschaltbaren Spiegelanordnung oder mittels einer einzigen Wärmebildkamera (20) an einer mechanischen Positioniereinheit aufgezeichnet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (14, 16) vor ihrem Abwälzen mit einer Minimalmengen-Sprühbeölung versehen werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermographischen Aufnahmen (42) zahnsynchron mittels einer Triggerung aufgezeichnet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nebenachsbreite (54), eine Hauptachslänge (52) und/oder ein Flächeninhalt der jeweiligen Tragbilder (40) ermittelt werden, wobei die Tragbildprüfung unter Zuhilfenahme von zumindest einer dieser Größen (52, 54) oder in Kombination dieser Größen (52, 54) durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Flächenschwerpunkte (S) der Tragbilder (40) der Zahnflanken (36, 38) ermittelt und basierend darauf jeweilige Lagen von Berührungsflächen für jeden Zahn (26) ermittelt werden.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schwankungen der Flächenschwerpunktskoordinaten (y) in Breitenrichtung (50) der Zahnflanken (36, 38) über eine gesamte Umdrehung von einem der Zahnräder (14, 16) ermittelt werden und basierend darauf ein Gesamtteilungsfehler des Zahnrads (14, 16) ermittelt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016222477A1 (de) * 2016-11-16 2018-05-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Tragbildkontrolle an einem Zahnradsatz

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3638726A1 (de) 1986-11-13 1988-05-26 Lechner G Prof Dr Ing Erfassen von beruehrverhaeltnissen in kontaktzonen zweier koerper mit waermestrahlungsempfindlichem sensor

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