Nationaler Ringvergleich mit neuem Großverzahnungs-Ringnormal

Im Rahmen des vom BMWi geförderten Verbundprojektes Erhöhung der Verfügbarkeit und Qualitätsoptimierung von Triebstrangkomponenten und Verzahnungen für Windenergieanlagen (EVeQT) (September 2012 bis Januar 2017) ist in der PTB das weltweit größte Verzahnungsnormal entwickelt worden. Das Normal verkörpert je drei verschiedene Außen- und Innenverzahnungen, die auf einem Ring mit einem Außendurchmesser von etwa 2 m angebracht sind. In einem nationalen Ringvergleich wurde dieses Normal bei sieben Teilnehmern auf zwölf unterschiedlichen Messeinrichtungen gemessen. Bei den Teilnehmern handelt es sich sowohl um Gerätehersteller, Messdienstleister als auch um Forschungs-Institute.


Abb. 1 - Großverzahnungsnormal

Das Großverzahnungsnormal (Abb. 1), welches mit eigens in der PTB angefertigtem Unterbau zur Lagerung knapp 3 t wiegt, wurde von der PTB kalibriert. Hierzu ist ein neues Verfahren entwickelt und angewendet worden, das die Messungen eines taktilen Koordinatenmessgerätes und eines optischen Messverfahrens beruhend auf dem Multilaterationsverfahren mit vier Laser Tracern (M3D3) kombiniert. Daraus abgeleitet wurden die Kalibrierwerte und die dazugehörigen erweiterten Messunsicherheiten (für alle Verzahnungsparameter < 3,5 µm) bestimmt.

Die Ergebnisse der Teilnehmer wurden bezogen auf den Kalibrierwert der PTB zusammengestellt (im Folgenden werden exemplarisch die Ergebnisse der Außenverzahnung dargestellt) und verglichen. Die beiden Diagramme (Abb. 2 und 3) zeigen für alle 36 Verzahnungsparameter der drei Außenverzahnungen die Abweichungen der Ergebnisse der Teilnehmer vom jeweiligen Kalibrierwert der PTB. Die Fehlerbalken stellen die erweiterten Messunsicherheiten der PTB-Kalibrierung dar. Bis auf wenige Ausreißer liegen die meisten Messergebnisse innerhalb der PTB-Unsicherheitsintervalle. Die Flankenlinienmessungen (Abb. 2) weisen im Gegensatz zu den Profilmessungen (Abb. 3) größere Abweichungen zum Kalibrierwert auf, was auf unterschiedliche Längen der Messstrecken, bei den Profilen ca. 100 mm und bei den Flankenlinien ca. 400 mm, zurückgeführt werden kann.


Abb. 2 – Ergebnisse der Flankenlinienmessungen der Außenverzahnungen (fHb bzw. ƒ_Hβ: Flankenlinien-Winkelabweichung; ffb bzw. ƒ_fβ: Flankenlinien-Formabweichung; Fb bzw. F_β: Flankenlinien-Gesamtabweichung)


Abb. 3 - Ergebnisse der Profilmessungen der Außenverzahnungen (fHa bzw. ƒ_Hα: Profil-Winkelabweichung; ffa bzw. ƒ_fα: Profil-Formabweichung; Fa bzw. F_α: Profil-Gesamtabweichung)

Die guten Ergebnisse sind auch Grundlage für die Akkreditierung des ersten DAkkS- Kalibrierlabors für Großverzahnungen (BIMAQ in Bremen). Damit soll die aktuell bestehende Lücke einer industrienahen Rückführung für Großverzahnungsmessungen geschlossen werden.