Modellierung einer lasergestützten Tragbildanalyse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gert Goch
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231616586

Getriebe stellen eine Schlüsselkomponente der Antriebstechnik und damit der einheimischen Industrie dar. Ein wesentliches Qualitätsmerkmal von Getrieben ist das Tragbild, also die Lage und Form der Kontaktflächen der Zahnflanken eines abwälzenden Radpaares. Es wird auch heute noch überwiegend mit der Pastenmethode geprüft, die sehr aufwändig und kaum automatisierbar ist. Um dieses Defizit zu beseitigen, wird der Ansatz einer lasergestützten Tragbildanalyse verfolgt. Er besteht darin, eine Zahnflanke vor dem Kontakt mittels Laserstrahlung zu erwärmen und diese Wärme beim Abwälzvorgang auf die zweite Zahnflanke zu übertragen. Die beteiligten Zahnflanken werden sich beim Kontakt abkühlen bzw. erwärmen. Die Tragbilder lassen sich dann mit Hilfe von Infrarotkameras darstellen. Im Vergleich zu früheren thermographischen Tragbilduntersuchungen aus den 80er und 90er Jahren wird ein deutlich verbessertes Signal/Rauschverhältnis erwartet, so dass dieses neue Konzept zu einem praxistauglichen Prüfverfahren führen soll. Das Ziel des Forschungsprojekts besteht darin, die prinzipielle Durchführbarkeit dieser Methode theoretisch zu untersuchen und zu beurteilen. Hierfür wird der Messvorgang in Teilprozesse aufgeteilt und diese sukzessiv analysiert (Wärmeeinbringung und -Diffusion bis zum Flankenkontakt, Wärmeübergang zur zweiten Zahnflanke, Wärmediffusion nach dem Kontakt, thermographische Erfassung der Flanken-Temperaturverteilungen). Die Berechnung der Temperaturverteilungen erfolgt mit Hilfe der Finite Elemente Methode. Schließlich wird die Temperaturerfassung unter Berücksichtigung der Rauschcharakteristik von Infrarotkameras simuliert. Wegen der Wärmediffusion innerhalb der Zeit vom Flankenkontakt bis zur Detektion stellen die erwärmten (bzw. abgekühlten) Flächenanteile der Zahnflanken letztlich unscharfe Tragbilder dar, so dass aus simulierten Messungen die ursprünglichen Tragbilder zu rekonstruieren sind. Hierfür sollen neuronale Netze zum Einsatz kommen. Die erzielten Projektergebnisse dienen als Planungsgrundlage für ein Fortsetzungsprojekt zur experimentellen Verifikation der neuen Prüfmethode.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen