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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Getriebekomponenten eines Getriebekomponententyps, insbesondere von Zahnrädern.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, dass Getriebekomponenten, wie Zahnräder für Getriebe, in großer Zahl in Fertigungsmaschinen gefertigt werden können, beispielsweise für den Automobilbau. Dabei werden die erforderlichen Komponenten in der Fertigungsmaschine ausgeformt, beispielsweise durch Schleifen.
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Üblicherweise werden im Zuge der weiteren Verarbeitung der Getriebekomponenten, insbesondere bei Qualitätskontrollen der Einzelkomponente oder nach einem Einbau der Getriebekomponente in eine Getriebevorrichtung, beispielsweise in ein Schaltgetriebe oder ein Verteilergetriebe, Qualitätsmängel der Getriebekomponenten erkannt. Schlimmstenfalls werden mangelhafte Komponenten erst nach der Gesamtfertigung eines Fahrzeugs oder gar erst im Zuge des Betriebs eines mit der Komponente ausgestatteten Fahrzeugs erkannt.
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Dabei kann die erforderliche Qualität von Getriebekomponenten bei einem Verbau beispielsweise in unterschiedlichen Getriebevorrichtungen oder an verschiedenen Positionen innerhalb einer Getriebevorrichtung unterschiedlich sein, so dass unterschiedliche Qualitätsniveaus von Getriebekomponenten je nach Einsatzzweck tolerierbar oder nicht tolerierbar sein können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Getriebekomponenten eines Getriebekomponententyps anzugeben, wobei eine effiziente Fertigung und Sicherstellung der erforderlichen Qualität der Getriebekomponenten gewährleistet sein soll.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Getriebekomponenten eines Getriebekomponententyps, wobei die Getriebekomponenten in einer Fertigungsmaschine gefertigt werden, wobei an der Fertigungsmaschine zumindest ein Schwingungssensor angebracht ist, wobei mittels des Schwingungssensors Schwingungen während der Fertigung der Getriebekomponenten in der Fertigungsmaschine detektiert werden, wobei die detektierten Schwingungen jeweils von einer Recheneinheit, beispielsweise einem Industrie PC oder einer Virtuelle Maschine, ausgewertet werden, wobei die Getriebekomponenten von der Recheneinheit abhängig von den detektierten Schwingungen jeweils in eine von mindestens zwei Klassen des Getriebekomponententyps eingeteilt werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt eine Qualitätskontrolle bei der Herstellung einer Getriebekomponente bereits unmittelbar bei der Fertigung der Getriebekomponente. Die Getriebekomponente kann einem Getriebekomponententyp angehören, wie zum Beispiel ein bestimmtes Zahnrad, Stirnrad, Tellerrad, Elemente mit Hypoidverzahnung, sowie Wellen, Flansche, Gehäuse, Planetenträger sein. An der Fertigungsmaschine ist zumindest ein Schwingungssensor montiert, beispielsweise an einer Aufnahme für das Werkstück oder an einer Aufnahme für ein Werkzeug der Fertigungsmaschine. Es können auch mehrere Schwingungssensoren, insbesondere an verschiedenen Aufnahmen angeordnet sein. Die Schwingungssensoren messen die Schwingungen während der Fertigung der einzelnen Getriebekomponente. Das Messergebnis wird beispielsweise über eine geeignete Elektronik, die einen A/D-Wandler umfassen kann, an eine Recheneinheit, mit darauf installierter Software, gemeldet, die die gemessenen Schwingungen auswertet. Anhand der während der Fertigung gemessenen Schwingungen wird die gefertigte Getriebekomponente in geeignete Klassen, insbesondere Qualitätsklassen, eingeteilt. Diese Klassen können beispielsweise umfassen eine iO-Klasse, für Getriebekomponenten, die in Ordnung sind, und eine NiO-Klasse, für Getriebekomponenten, die nicht in Ordnung sind, also ausgesondert werden müssen. Zusätzlich kann eine detailliertere Klasseneinteilung in unterschiedliche Qualitätsklassen erfolgen. Abhängig von der bestimmten Klasse der Getriebekomponente, kann die betreffende Getriebekomponente entsprechend weiterverwendet werden, beispielsweise an bestimmten Positionen gelagert, in bestimmten Getriebevorrichtungen und/oder Getriebepositionen verbaut werden, oder ausgeschieden werden.
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Durch diese frühe Qualitätsbestimmung mittels Schwingungssensor können fehlerhafte Bauteile sehr rasch aus dem Herstellungsprozess ausgeschleust werden. Es können gezielt Komponenten unterschiedlicher Qualitätsstufe auf verschiedene Weise bzw. in verschiedenen Getriebevorrichtungen eingesetzt werden. Spätschäden und Aufwändige Reparaturarbeiten werden vermieden. Der Fertigungsprozess sowie die Fertigungsmaschine können durch die frühe Überwachung auch optimiert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann somit zur Qualitätsbeurteilung und -vorhersage im Rahmen der Herstellung einer Vielzahl von Getriebekomponenten eines Getriebekomponententyps dienen.
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Der Begriff „Recheneinheit“ kann jeweils eine erforderliche Software umfassen.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Bevorzugt werden die einzelnen Getriebekomponenten, abhängig von der Einteilung in eine Klasse des Getriebekomponententyps, an einem für diese Klasse vorbestimmten Lagerplatz positioniert. Es kann somit eine Trennung der hergestellten Bauteile in Qualitätsklassen erfolgen, wobei die Bauteile der unterschiedlichen Qualitätsklassen und unterschiedlichen Lagerpositionen unterschiedlich weiter verwendet werden können.
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Bevorzugt werden die einzelnen Getriebekomponenten, abhängig von der Einteilung in eine Klasse des Getriebekomponententyps, in einem für die Klasse vorbestimmten Getriebevorrichtungstyp verbaut. Beispielsweise können höherqualitative Bauteile in einem Getriebe eines höherqualitativen Fahrzeuges eingesetzt werden, und weniger qualitative Bauteile in einem Getriebe eines weniger qualitativen, kostengünstigeren Fahrzeuges.
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Vorzugsweise erfolgt abhängig von der Auswertung der detektierten Schwingungen durch die auf der Recheneinheit installierten Software ein Eingriff in die Maschinen-Steuerung, beispielsweise einer SPS-Steuerung, der Fertigungsmaschine. Beispielsweise kann auf Basis der gemessenen Schwingungen an den aktuell gefertigten Bauteilen der Fertigungsprozess durch eine Erhöhung von diversen Fertigungsprozessparametern wie Drehzahlen, Vorschub optimiert werden und somit dynamisch die Qualität oder Geschwindigkeit der Fertigung durch Modifikation der Ansteuerung der Fertigungsmaschine angepasst werden.
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Die Einteilung der Getriebekomponenten von der Recheneinheit abhängig von den detektierten Schwingungen jeweils in eine von mindestens zwei Klassen des Getriebekomponententyps kann vorzugsweise abhängig vom Schwingungsverhalten an einer vorbestimmten Schwingungsfrequenz erfolgen, insbesondere abhängig von Beschleunigungsamplitudenwerten an einer vorbestimmten Schwingungsfrequenz erfolgen. Somit kann bevorzugt durch Auswertung einer einzigen Schwingungsfrequenz eine Klassifizierung der gefertigten Getriebekomponente erfolgen, oder beispielsweise durch Auswertung von zwei oder mehreren Schwingungsfrequenzen.
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Die detektierten Schwingungen und/oder eine Auswertung der detektierten Schwingungen durch die Recheneinheit kann bevorzugt an einer Anzeige, an einem beliebigen Human-Machine-Interface (HMI), dargestellt werden. Hierdurch kann durch einen Benutzer der Fertigungsprozess überwacht und gegebenenfalls durch Änderung der Steuerung der Fertigungsmaschine optimiert werden und/oder können einzelne Getriebekomponenten auch manuell ausgeschieden oder klassifiziert werden.
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Bevorzugt sind zumindest zwei oder drei Schwingungssensoren an der Fertigungsmaschine angebracht und/oder weitere Sensoren, wie Druck-, Temperatur-, oder Durchflusssensoren, an der Fertigungsmaschine angebracht, wobei mittels der Sensoren Eigenschaften - wie bestimmte Drücke, Temperaturen oder Durchflüsse - während der Fertigung der Getriebekomponenten in der Fertigungsmaschine detektiert werden, wobei die detektierten Eigenschaften jeweils von der Recheneinheit ausgewertet werden, wobei die Getriebekomponenten von der Recheneinheit abhängig von allen Eigenschaften jeweils in eine der mindestens zwei Klassen des Getriebekomponententyps eingeteilt werden. Die Klassifizierung der Getriebekomponenten kann somit abhängig von den kombinierten Sensorergebnissen von zumindest zwei Sensoren, beispielsweise von zumindest zwei Schwingungssensoren oder einem Schwingungssensor und einem anderen Sensortyp, erfolgen.
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Der Schwingungssensor, oder mehrere Schwingungssensoren, sowie Sensoren anderen Typs, können bevorzugt an jeweils einer Werkstückaufnahme oder an einer Werkzeugaufnahme, insbesondere an einer Spindel oder einer Achse, der Fertigungsmaschine montiert sein. Mehrere Sensoren können an mehreren Aufnahmen, insbesondere an mehreren Spindeln oder Achsen einer Fertigungsmaschine angeordnet sein, beispielsweise ein Sensor an einer Schleifspindel, ein Sensor an einer Werkstückspindel und/oder ein Sensor an einer Spindel eines Abrichtrads.
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Zwischen dem Schwingungssensor und der Recheneinheit ist bevorzugt eine Elektronikeinheit vorgesehen, wobei durch die Elektronikeinheit zumindest eine A/D-Wandlung der Signale des Schwingungssensors erfolgen kann. Die Elektronikeinheit kann auch einer Signalverarbeitung und/oder Signalübertragung dienen.
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Ein Schwingungsspektrum kann bevorzugt für jedes Bauteil gespeichert und archiviert werden, um Informationen über den allgemeinen Zustand der Fertigungsmaschine wie Verschleiß von Führungen, Achsen und Spindeln zu gewinnen. Hierdurch können etwaige Maschinenschäden frühzeitig erkannt und vorhergesagt werden, was die Planung und Einleitung von entsprechenden Instandhaltungs- und Wartungsmaßnahmen ermöglicht, um Maschinenstillstände zu vermeiden und die Maschinenauslastung zu erhöhen und optimieren.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 2 ist eine schematische Darstellung einer Auswertung in einer Recheneinheit im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 1.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Getriebekomponenten A, B, C, D eines Getriebekomponententyps, beispielsweise eines Zahnrades für ein Getriebe, schematisch dargestellt.
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Die Getriebekomponenten A, B, C, D werden in einer Fertigungsmaschine F gefertigt, wobei die Fertigung insbesondere Schleifprozesse umfassen kann. An der Fertigungsmaschine F sind exemplarisch drei Schwingungssensoren S angebracht, nämlich jeweils ein Schwingungssensor S an einer Schleifspindel, an einer Werkstückspindel und an einer Spindel eines Abrichtrads der Fertigungsmaschine F.
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Mittels der Schwingungssensoren S werden Schwingungen während der Fertigung der Getriebekomponenten A, B, C, D in der Fertigungsmaschine F, an der jeweiligen Spindel oder Achse, detektiert.
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Die detektierten Schwingungen werden von einer Recheneinheit R ausgewertet, genauer von einer Programmlogik (Software) in der Recheneinheit R, und dabei die Getriebekomponenten A, B, C, D von der Recheneinheit R, abhängig von den detektierten Schwingungen, jeweils in eine von mindestens zwei Klassen des Getriebekomponententyps eingeteilt.
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Die Auswertung durch die Recheneinheit R zur Klasseneinteilung der Getriebekomponenten A, B, C, D ist in 2 dargestellt und wird dort näher beschrieben.
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Zwischen den Schwingungssensoren S und der Recheneinheit R ist eine Elektronikeinheit E eingerichtet, wobei durch die Elektronikeinheit E eine A/D-Wandlung der Signale des Schwingungssensors S erfolgt und gegebenenfalls weitere Signalverarbeitungsschritte.
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Die Recheneinheit R ist auch mit einer Steuerung ST der Fertigungsmaschine F verbunden, beispielsweise mit einer SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) zur Steuerung der Fertigungsmaschine, so dass abhängig von der Auswertung der detektierten Schwingungen durch die Recheneinheit R ein Eingriff in die Steuerung ST der Fertigungsmaschine F, zum Beispiel ein Maschinenstopp und/oder ein Ausschleusen des detektieren Bauteils in eine niO Bauteilablage, erfolgen kann.
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Die detektierten Schwingungen und/oder eine Auswertung der detektierten Schwingungen durch die Recheneinheit R können einem Benutzer beispielsweise an einer Anzeige dargestellt werden.
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Die gefertigten Getriebekomponenten A, B, C, D werden in einer Bauteilbeladung/Bauteilentladung BL aus der Fertigungsmaschine F entnommen und können abhängig von der Einteilung in eine Klasse des Getriebekomponententyps, insbesondere von einer Qualitätsklasse, an einem für die Klasse vorbestimmten Lagerplatz L positioniert werden. Verschiedene Lagerplätze für unterschiedliche Klassen von Getriebekomponenten A, B, C, D sind in 1 durch strichlierte Rechtecke angedeutet. Je nach Klasse einer Getriebekomponente A, B, C, D kann diese beispielsweise auch ausgesondert werden und keiner weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
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Abhängig von der Einteilung in eine Klasse des Getriebekomponententyps, kann die Getriebekomponente A, B, C, D in einer Montage M in einem für die Klasse vorbestimmten Getriebevorrichtungstyp, zum Beispiel in einem Getriebe eines bestimmten Fahrzeugtyps, verbaut werden. Auch in der Montage M sind verschiedene Montagemöglichkeiten in unterschiedlichen Getriebevorrichtungstypen für unterschiedliche Klassen von Getriebekomponenten A, B, C, D in 1 durch strichlierte Rechtecke angedeutet.
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In 2 ist eine Auswertung in einer Recheneinheit R im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
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Die an die Recheneinheit R übermittelten Schwingungen an einem Schwingungssensor S an der Fertigungsmaschine F während der Bearbeitung einer Getriebekomponente A, B, C, D sind in einem Diagramm dargestellt, wobei auf der x-Achse die Frequenz in Hz dargestellt ist und auf der y-Achse die Beschleunigungsamplituden in Milli g, also in Tausendstel der Erdbeschleunigung g, dargestellt ist. Eine ähnliche Darstellung kann beispielsweise an einer Anzeige der Recheneinheit R einem Benutzer angezeigt werden. Abhängig von dem ermittelten Schwingungsspektrum bei Fertigung der Getriebekomponente A, B, C, D kann die jeweilige Getriebekomponente A, B, C, D von der Recheneinheit R in eine von mindestens zwei Klassen des Getriebekomponententyps eingeteilt werden.
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Beispielsweise kann die Einteilung der Getriebekomponenten A, B, C, D von der Recheneinheit R abhängig vom Schwingungsverhalten bzw. der Schwingungsamplituden-Grenze an einer einzigen vorbestimmten Schwingungsfrequenz F1 erfolgen - im Beispiel der 2 liegt die vorbestimmte Schwingungsfrequenz F1 zur Einteilung der Getriebekomponenten A, B, C, D bei 8000 Hz. Die erforderliche Frequenz oder Frequenzen zur Klasseneinteilung hängen dabei von verschiedenen Faktoren ab, wie der verwendeten Fertigungsmaschine F, dem gefertigten Getriebekomponententyp, dem verwendeten Werkzeug, den aktuellen Fertigungsprozessparametern wie Drehzahlen, Vorschübe und der Art und Position der Schwingungssensoren S. Die Frequenzen zur Klasseneinteilung der Getriebekomponenten A, B, C, D sind daher für eine jeweilige Anwendung zu bestimmen.
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Abhängig vom Wert der Beschleunigung a an der vorbestimmten Frequenz F1, oder an mehreren vorbestimmten Frequenzen, kann dann bei Überschreiten von festgelegten Grenzwerten X, Y, Z oder bei Vorliegen eines Beschleunigungswerts in einem bestimmten Intervall die Getriebekomponente A, B, C, D in eine jeweilige Klasse eingeteilt werden und dementsprechend weiter verwendet oder ausgesondert werden.
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Zusätzlich erhält man mit dem Schwingungsspektrum, welches auch für jedes Bauteil gespeichert und archiviert werden kann, Informationen über den allgemeinen Zustand der Fertigungsmaschine wie Verschleiß von Führungen, Achsen und Spindeln, wodurch etwaige Maschinenschäden frühzeitig erkannt und vorhergesagt werden können, was die Planung und Einleitung von entsprechenden Instandhaltungs- und Wartungsmaßnahmen ermöglicht, um Maschinenstillstände zu vermeiden und die Maschinenauslastung zu erhöhen und optimieren.
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Bezugszeichenliste
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- A, B, C, D
- Getriebekomponenten
- BL
- Bauteilbeladung/ Bauteilentladung
- E
- Elektronikmodul
- F
- Fertigungsmaschine
- F1
- vorbestimmte Schwingungsfrequenz
- L
- Lagerplatz
- M
- Montage
- R
- Recheneinheit
- S
- Schwingungssensor
- ST
- Steuerung
- X, Y, Z
- Grenzwerte
