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Automatisiertes Fügen komplexer Zahnradpaarungen bei feinwerktechnischen Getrieben

 
: Müller, E.

Heimsheim: Jost-Jetter Verlag, 2001, 117 S.
Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2001
IPA-IAO Forschung und Praxis, 339
ISBN: 3-931388-66-2
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IPA ()
Zahnradpaarung; Fügen; Automatisierung; Planetengetriebe; Spielausgleich; Feinwerktechnik

Abstract
Ausgangssituation: Die zunehmende Miniaturisierung mechanischer Komponenten und die steigenden Anforderungen bei elektrischen Kleinstantrieben verlangen von den Getriebeherstellern immer kleinere Zahnradgetriebe. Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit und der kompakten Bauweise werden daher Planetengetriebe in immer höheren Stückzahlen vom Anwender gefordert. Aufgrund von Fügespielen im Mikrometerbereich mit im Verhältnis dazu großen Fertigungstoleranzen erfolgt die Montage heute nahezu ausschließlich manuell. Neben einem Mangel an flexibel einsetzbaren praxisreifen Automatisierungstechniken besteht ein erhebliches Defiit an Lösungsansätzen und wissenschaftlichen Grundlagen zum Fügen komplexer Zahnradpaarungen.
Zielsetzung: Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Schaffung wissenschaftlicher Grundlagen zum Fügen axialer Zahnradpaarungen am Beispiel von Planetengetrieben und die Ableitung eines geeigneten Füge- und Toleranzausgleichsystems für den flexiblen Einsatz in der Produktion.
Vorgehensweise: Ausgehend von der Ermittlung des Standes der Technik werden im Rahmen einer Analyse das Produktspekturm und der Montageablauf von mehrstufigen Planetengetrieben untersucht. Aufbauend auf den Ergebnissen der Analyse werden die notwendigen Teilsysteme und die Anforderungen an flexibel automatisierte Systeme zur Montage feinwerktechnischer Planetengetriebe abgeleitet. Bei der anschließenden Konzeption eines flexiblen Fügesystems werden zunächst alternative Werkzeug- und Werkstückträgerssyteme gegenübergestellt und ein Werkzeugsystem mit bewegungsunterstütztem Toleranzausgleich ausgewählt. Auf dieser Basis werden anschließend die Teilsysteme konzipiert, und durch eine Bewertung wird eine zweiachsige Bewegung mit einem magnetischen Antrieb und prozeßintegirerter Pasitionsfehlererkennung als geeignet ausgewählt. Abschluß bildet die Auslegung eines geeigneten Greifsystems und die Konzeption einer prozeßintegrierten Qualitätsüberwachung mit Hilfe eines statistischen Meßverfahrens zur Identifikation der Laufruhe. Auf der Basis der konzipierten Teilsysteme werden anschließend die wissenschaftlichen Grundlagen bei der Bestimmung der Prozeßparameter in der Kontaktphase und bei der Entwicklung eines geregelten Verfahrens für den Toleranzausgleich in einem bewegungsunterstützten Fügeprozeß erarbeitet. Abschluß der theoretischen Untersuchungen bilden Berechnungsverfahren zur Ermittlung der versatzabhängigen Fügeparameter.
Ergebnis: Die Analyse zeigt, daß die Montage von feinwerktechnischen Planetengetrieben in einem Größenbereich von 10 bis 30 mm, welche momentan in der manuellen Montage Kostenanteile von bis zu 70 % der Herstellkosten verursachen, ein großes Rationalisierungspotential darstellt. Als wesentliche Automatisierungshemmnisse erweisen sich der Mehrstellenkontakt bei der Zahnradpaarung, die schlechte Zugänglichkeit und die fehlenden Fügephasen. Die auf der theoretischen Basis und einem prototypisch angefertigten Versuchswerkzeug durchgeführten Untersuchungen zeigen, daß ein sicherer Fügeprozeß bei vorhandenen Positionstoleranzen > 0,1mm mit einem rein bewegungsunterstützten Toleranzausgleichssystem nicht gewährleistet werden kann. Erst durch die prozeßintegrierte Erkennung und die anschließende Korrektur des Positionsfehlers wird ein prozeßsicherer Fügevorgang möglich. Mit dem bestehenden Werkzeug können Planetengetriebe mit einem Außendurchmesser von 8 bis 22 mm ohne Umrüstaufwand mit durchschnittlichen Fügezeiten für das Hohlrad von unter 15 s und Gesamtfügezeiten für Getriebestufen und Hohlrad von unter 15 s erzielt werden. Des weiteren wird durch experimentelle Untersuchungen der Geräuschmittelwert als eindeutiges Merkmal für die Laufruhe von Planetengetrieben bestätigt, wodurch eine prozeßintegrierte Qualitätsprüfung möglich wird.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-6911.html