Hochgenaue zahnradprüfung für elektrofahrzeuge

Obwohl der Antriebsstrang elektrischer Fahrzeuge in aller Regel auf anderen Funktionsprinzipien als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor beruht, gibt es eine Vielzahl von Gemeinsamkeiten bei dem Design und der Fertigung von Schlüsselkomponenten wie gerad- und schrägverzahnten Getrieben. Bei Fahrzeugen mit Elektromotor sind jedoch aufgrund der höheren maximalen Drehmomente und Drehzahlen in aller Regel die erforderlichen Toleranzen für Antriebsstrangkomponenten enger. Zudem nimmt die Oberflächenbeschaffenheit von Zahnrädern infolge des niedrigen Geräuschpegels von Elektromotoren eine neue Stellung ein. 

Da sich die Toleranzen von Präzisionszahnrädern für Elektrofahrzeuge typischerweise im niedrigen Mikrometerbereich bewegen, ist eine Präzisionsmesslösung wie ein ultra-hochgenaues Koordinatenmessgerät (KMG) unerlässlich für die Einhaltung von Genauigkeitsvorgaben. Darüber hinaus ist eine speziell auf die Zahnradprüfung zugeschnittene Messsoftware erforderlich. Die Zugänglichkeit von Teilen ist ein weiterer kritischer Faktor bei der Spezifizierung des Messsystems für die Zahnradprüfung, da die Form der Zähne den Zugang insbesondere am Zahnfuß erschwert. Darüber hinaus gewinnen Messungen, die zum Verständnis der Geräuschemissionen bei besonders hohen Drehzahlen beitragen, für Hersteller elektrischer Fahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Dazu gehören beispielsweise Rauheitsmessungen an der Zahnflanke oder Leistungssimulationen auf Basis von Messungen der gesamten Oberfläche des fertigen Bauteils. 

Zur Verifizierung kleinerer Zahnräder des elektrifizierten Antriebsstrangs in der Fertigung sind eine Reihe kritischer Messungen der Verzahnung unerlässlich. So werden Profil- und Flankenlinie gescannt und Form- und Lageabweichungen ausgewertet. Weitere wichtige zu bewertende Merkmale sind die Teilung und der Rundlauf. Dafür sind einzelne Punkte an jeder Flanke zu messen. Auch die Zahnflanke gilt es im Detail zu erfassen, damit sich alle an der Flanke vorgenommenen Modifikationen bewerten lassen. 

Um einen solch komplexen Messablauf zu realisieren, wird das Zahnrad oft mithilfe eines Drehtisches für die Messungen positioniert. Es ist aber auch möglich, die Zahnräder ohne den Einsatz eines Drehtisches zu prüfen. In diesem Fall erfolgt das Anfahren der Prüfmerkmale an der Verzahnung vollautomatisch durch das KMG. Diese Vorgehensweise kann auch automatische Messungen mehrerer Zahnräder auf Paletten unterstützen und so den Messdurchsatz erhöhen. Lässt sich das KMG zusätzlich mit einem Rauheitssensor ausstatten, sind zudem Rauheitsmessungen in dasselbe Prüfprogramm integrierbar. Da das Zahnrad in diesem Fall nicht auf ein weiteres Messsystem aufgespannt werden muss, verkürzen sich die Prüfzeiten. Laserliniensensoren lassen sich zum Erfassen der gesamten Zahnradoberfläche nutzen. Die Verwendung präziser Messdaten für akustische Simulationen ist zudem nützlich für die Geräuschbewertung. 

Mit Genauigkeiten im Sub-Mikrometerbereich und hoher Scanleistung eignen sich die ultra-hochgenauen KMGs von Hexagon bestens für die Zahnradprüfung bei Elektrofahrzeugen. Die KMGs lassen sich mit einem Drehtisch ausstatten, der jedoch nicht zwingend erforderlich ist, und unterstützen eine große Auswahl bewährter Sensoren und Softwaremodulen speziell für Antriebsstrang-Anwendungen im Automobilbau.