Facharbeitskreise der FVA

Die 25 projektbegleitenden Arbeitskreise koordinieren die fachliche Arbeit der FVA nach übergeordneten Themengebieten.

In regelmäßigen Frühjahr- und Herbstsitzungen kommen die Mitarbeiter der FVA-Mitgliedsfirmen mit Vertretern aus der Wissenschaft zusammen. In rund 150 Arbeitsgruppen arbeiten außerdem Vertreter aus Industrie und den Forschungsinstituten zusammen und erarbeiten Ergebnisse zum Nutzen der gesamten Branche.

Diese gemeinsame Forschung hat sich im Laufe der Jahrzehnte bewährt. Es handelt sich dabei um eine Form des kontinuierlichen Wissenstransfers auf sehr hohem Niveau.

Berechnung und Simulation

Der Arbeitskreis gibt FVA-Mitgliedern Werkzeuge an die Hand, um die immer komplexer werdenden Aufgaben rechnerisch zu lösen. Das „Ritzelkorrektur-Programm“ zum Beispiel berechnet die Lastverteilung, verbessert Stirnradverzahnungen und beurteilt bzw. korrigiert Graufleckigkeit. Das Programm „STIRAK“ eignet sich für die Auslegung von Stirnradgetrieben, das Programm „WT plus“ zeigt den Wärmeaustausch dazu an. Auch für Planetengetriebe gibt es entsprechende Programme.

Dichtungstechnik

Der Arbeitskreis Dichtungstechnik beschäftigt sich unter anderem mit der Belastung von Dichtungen bei pulsierendem Innendruck sowie mit der Verträglichkeit mit Synthetik-Ölen und Flüssigdichtmitteln.

Fertigungstechnik

Die Fertigung antriebstechnischer Komponenten steht aufgrund wachsender Qualitätsanforderungen und kontinuierlich zunehmendem Kostendruck vor großen Herausforderungen. Im Arbeitskreis Fertigungstechnik der Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA) e.V. wird im Rahmen gemeinschaftlicher Forschung diesen Herausforderungen sowie aktuellen und zukünftigen Fragestellungen seit über 40 Jahren begegnet.

Der Arbeitskreis verbessert dazu etablierte Produktionsprozesse und liefert die Basis zur Einführung neuer Fertigungstechnologien mit dem Ziel der Produktivitätssteigerung, Prozesssicherheit und Ressourceneffizienz. Im Rahmen der wissenschaftlichen Forschung werden beispielsweise die wirtschaftliche Fertigung innovativer Verzahnungsauslegungen, Bewertung neuer Fertigungstechnologien, Produktivitätssteigerung etablierter Technologien sowie Ausprägung und Einfluss fertigungsbedingter Bauteileigenschaften auf das Einsatzverhalten untersucht. Der Fokus der Forschungsarbeiten liegt auf verzahnten Bauteilen und insbesondere Stirnrädern sowie deren Fertigungstechnologien. Darüber hinaus orientiert sich die Ausrichtung des Arbeitskreises auch an verschiedenen Zukunftsthemenfeldern und wird kontinuierlich geprüft.

Die Forschungsergebnisse werden durch Praxisversuche in den Mitgliedsfirmen verifiziert und abgesichert. Durch die Bandbreite und Expertise der im Arbeitskreis vertretenen Unternehmen sind ein fachlicher Dialog auf höchstem Niveau und ein zielorientiertes Arbeiten sichergestellt. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Wahrung der Wettbewerbsfähigkeit der Mitgliedsfirmen bei der Fertigung antriebstechnischer Komponenten geleistet.

Freiläufe

In Klemmleisten sind bereits zahlreiche Funktionen integriert aber längst nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft. Es gibt also großes Potenzial zur Optimierung dieser Technik. Der Arbeitskreis Freiläufe beschäftigt sich im Detail mit dem Verschleiß von Klemmkörpern und untersucht, inwiefern deren Lebensdauert von Belastung und Schaltanzahl abhängt. In den Projekten FVA 137 I-IV wurde erstmalig ein Lebensdauermodell für Klemmkörperfreiläufe erarbeitet. Dank dieser Grundlage ist es möglich, bereits in der Entwurfsphase Aussagen über die zu erwartende Lebensdauer zu machen. Neuere Projekte beschäftigen sich mit Freilaufbeschichtung und -schmierung sowie mit dem Freilaufdrehmoment.

Geräusche

Ein Getriebe soll im Idealfall so leise wie möglich laufen. Um das zu gewährleisten, untersucht dieser Arbeitskreis die Akustik von Motor- und Getriebeeinheiten sowie deren gegenseitige Beeinflussung, und er entwickelt Berechnungsverfahren, um den Schall zu dämpfen.

Geregelte Elektroantriebe

Dieser Arbeitskreis befasst sich mit allen Aspekten zur elektromechanischen Energiewandlung (Motor- und Generatortechnik) und Leistungselektronik (Umrichtertechnik) in industriellen Anwendungen. Mit den neuen Erkenntnissen soll die Verfügbarkeit, Energieeffizienz und Kosten-Nutzen-Relation verbessert sowie die Lebensdauer verlängert werden. Der Arbeitskreis forscht an der elektromagnetischen Verträglichkeit, an Steuer- und Regeltechnik und arbeitet an hilfreichen Simulationswerkzeugen sowie am Einsatz neuer Materialien und Fertigungsmethoden.

Gleitlager

Der Arbeitskreis zum Thema befasst sich mit hydrodynamisch arbeitenden Gleitlagern und untersucht das gesamte Tribosystem (Schmierstoff, Gleitlagermaterial und Wellen). Dabei geht es um die Fragen: Wie steht es um die chemische Verträglichkeit verschiedener Kombinationen von Mineralöl und Lagerwerkstoffen? Inwiefern beeinflussen Wellen aus nicht rostendem Stahl die Tragfähigkeit? Und wie müssen Berechnungsgrundlagen verbessert werden, um sichere Vorausberechnungen zu ermöglichen?

Innovationsmanagement

Der Arbeitskreis Innovationsmanagement regt zur Forschung auf diesem Gebiet an und richtet das Thema im Sinne der FVA-Mitgliedsunternehmen aus. Das Team widmet sich Themen, wie zum Beispiel strategische Frühaufklärung, Szenarien, Technologie-Monitoring, Patentanalyse, Intelligente Agenten, Ideenmanagement, Wissensbasen für Strategieentwicklung, Problemlösungstechniken, Methoden der Marktforschung und Strategie Controlling. Es genügt nicht, lediglich darüber zu spekulieren, was geschehen könnte. Der Arbeitskreis soll Sprachrohr werden für all die Zukunftsprojekte, die die Branche Realität werden lassen kann.

Kegelräder

Der Arbeitskreis „Kegelräder“ erstellt Richtlinien und Softwarewerkzeuge für Entwicklungsingenieure, um die Kegelradverzahnung in Getrieben anforderungsgerecht auszulegen.
Dies umfasst Fragestellungen aus allen Bereichen der Produktentstehung und des Produktlebenszyklus eines Kegelrads, darunter Herstellsimulation, Tragfähigkeitsnachweis, Wirkungsgrad-optimierung und Geräuschverhalten. Die spezifischen Anforderungen an Werkstoff und Schmierstoff sind ebenfalls Forschungsgegenstand des Arbeitskreises.
Die Aufklärung grundlegender Einflussgrößen und Schadensmechanismen auf Kegelradverzahnungen bildet die Basis für eine spätere Standardisierung.

Kunststoffe in der Antriebstechnik

Der Arbeitskreis „Kunststoffe in der Antriebstechnik“ erarbeitet über Forschungsprojekte werkstoffliches Grundlagenwissen, um dieses bei der Auslegung von Antriebselemente aus Polymerwerkstoffen nutzen zu können. Die werkstoffspezifische Auslegung von Bauteilen für die Antriebstechnik erfordert zum Teil veränderte Lösungswege und Methodiken. Mit den für diese Werkstoffgruppe verfügbaren Verarbeitungsverfahren ergeben sich neue Lösungsansätze um Bauteil und deren Funktionen zu realisieren. Die enge Verknüpfung von Material-, Verarbeitungs- und Auslegungswissen wird  im Arbeitskreis durch die vertretenen Fachleute repräsentiert und findet in der dort vorangetriebenen vorwettbewerblichen Grundlagenforschung seinen Ausdruck.

Mechatronik

Die Themenschwerpunkte des Arbeitskreises Mechatronik liegen, ausgehend von der komponentenbezogenen Integration von Mechanik, Elektronik und Regelungstechnik applikationsneutral, in den Bereichen: - Entwurfs- und Identifikationsverfahren (inkl. Modellbildung und Simulation), sowie Betriebsstrategien für mechatronische Systeme - Elektrische/ Elektronische Bauelemente (z.B. Leistungshalbleiter) und deren Verpackung - Aufbau- und Verbindungstechnik inkl. Kühl- bzw. Entwärmungskonzepte von hochintegrierten, mechatronischen Systemen - Robuste Konstruktion, insbesondere unter dem Aspekt der räumlichen und funktionalen Integration sowie sich verschärfenden Umweltbedingungen . Die wesentlichen Optimierungskriterien sind: - Energieeffizienz, - Zuverlässigkeit und - Kosten Hierzu werden ggf. kommerziell erhältliche Simulationswerkzeuge weiterentwickelt bzw. angepasst und der Einsatz neuer Materialien und Fertigungstechnik geprüft.

Messtechnik

Dieser Arbeitskreis beschäftigt sich mit allgemein nutzbaren, innovativen Techniken zur Fertigungsmessung (z. B. Koordinaten) und zur Versuchsmessung, deren Überführung in eine industrielle Anwendung Erfolg versprechen. Beispiele hierfür sind:

  • Mess- und Analysemethoden zur Charakterisierung von Oberflächentopografien auf Stahlreibflächen
  • Potenziale der optischen Messtechnik in der Formmessung
  • Verfahren zur Messung und Berechnung von Modifikationen auf Zahnflankenoberflächen 
  • indirekte Messung von Drehmomenten mit Hilfe modellbasierter Verfahren 
  • fotothermische Messung der Härtetiefe einsatzgehärteter Stähle

Aktuell untersucht der Arbeitskreis Anwendungsmöglichkeiten faseroptischer Sensorsysteme in der Getriebetechnik.

Nichtschaltbare Kupplungen

Dieser Arbeitskreis arbeitet an Lösungen, Kupplungen für den Antriebsstrang sicher und ressourcenbewusst auszuwählen und auszulegen. Forschungsschwerpunkte sind metallische, nichtschaltbare Kupplungen (z. B. Zahnkupplungen, Laschen- und Lamellenkupplungen) sowie elastische Kupplungen.
Der Kenntnisstand auf dem Gebiet der elastischen Werkstoffe ist noch längst nicht auf den gleichen Stand wie der der metallischen Kupplungen. Doch dank bereits erfolgreich umgesetzter Projekte, kann bereits heute ermittelt werden, wie das dynamische Verhalten einer elastischen Kupplung (kennzeichnende Eigenschaften: Elastizität und Dämpfung) mit dem (Wechsel-)Drehmoment und dessen Frequenz, der Temperatur und der Belastungsdauer in Verbindung steht.

Schaltbare Kupplungen und Bremsen

Die Projekte zu nass- und trockenlaufenden Lamellenkupplungen und Bremsen umfassen die Bereiche Dimensionierung, Auslegung, Betriebsverhalten, Leistungsgrenzen, Prüfverfahren und Schädigungsmechanismen. Dank der neu erarbeiteten Erkenntnisse zum Thema Leistungsgrenzen weiß die Branche heute sehr viel mehr über Reibmechanismen und Belastungskenngrößen zur sicheren Auslegung von Trockenkupplungen. Dadurch konnte der Entwicklungsaufwand erheblich reduziert, die Lebensdauer besser eingeschätzt und die Wartungsintervalle verlängert werden. Das Projekt zum Thema Auslegungsrichtlinien liefert den FVA-Mitgliedsfirmen ein hilfreiches Werkzeug, um nasse Lamellenkupplungen und -bremsen sicher auszulegen. Ergänzend dazu wurde die Entstehung von Wärmeflecken auf den Stahllamellen beschrieben.

Schmierstoffe und Tribologie

Dieser Arbeitskreis, bestehend aus Vertretern der Getriebe-, Wälzlager-, Schmierstoff- und Additivindustrie, behandelt Fragen zur Leistungsfähigkeit, Lebensdauer, Zuführung und Verlust von Schmierstoffen (Öle und Fette). Ziel ist es, durch die richtige Wahl des Schmierstoffs, die Belastbarkeit und den Wirkungsgrad von Getrieben positiv zu beeinflussen. Forschungsschwerpunkte sind Zahnräder, Wälzlager, Gelenklager und sonstige Getriebekomponente. In vergangenen Forschungsprojekte wurden Öltests für Zahnräder und Wälzlager entwickelt sowie untersucht, inwiefern Schmierstoffe für Alterung (Lebensdauerschmierung), Verschleiß, Grübchenbildung, Fressen, und Graufleckigkeit verantwortlich sind. Außerdem forscht der Arbeitskreis an biologisch abbaubaren Schmierstoffe und deren Grenzschichtbildung.

Schneckengetriebe

Der Arbeitskreis verbessert mit seiner Forschung die Eigenschaften von Schneckengetrieben und ermittelt deren Verschleiß, Grübchenbildung, Fressen, und Zahnfußtragfähigkeit. Die Ergebnisse dieser Forschung bilden die Basis für die DIN-Norm „Tragfähigkeitsberechnungen von Schneckengetrieben“. Weitere Projekte beschäftigen sich mit den Grenzen der Tragfähigkeit und der Optimierung von Werkstoffen. Dank neuer Erkenntnisse zur Tragfähigkeit (12/I bis 12/IV) und zur Werkstoffoptimierung (205) konnten die Drehmomente der Schneckengetriebe in den vergangenen 20 Jahren schrittweise um rund 50 Prozent gesteigert werden. Neuere Projekte beschäftigen sich mit Schneckentragfähigkeit, Schneckenriefen, -härten und mit lebensmittelverträglichen Schmierstoffen in Schneckengetrieben.

Sensorik für Antriebssysteme

Das Thema Industrie 4.0 ist auch für die Antriebstechnik von großer Bedeutung. Hierbei müssen Informationen über die Ein- und Ausgangsgrößen von Antriebssystemen sowie über den Maschinenzustand gewonnen werden. Dafür ist eine geeignete Sensorik erforderlich. Antriebssysteme werden jedoch meist in recht kleinen Stückzahlen hergestellt und unterliegen einem hohen Kostendruck. Eine eigene Sensorentwicklung ist insbesondere für KMU zu aufwendig. Sie kann aber im Rahmen von Gemeinschaftsforschung durchgeführt werden.
Der Arbeitskreis „Sensorik für Antriebssysteme“ trägt diesem Bedarf Rechnung.
Sein Forschungsbereich umfasst Sensoren, Auswerteverfahren, Schnittstellen und Verfahren zur Bestimmung der Zustandsgrößen von Antriebssystemen. Das Spektrum der Aktivitäten reicht von der Sensorphysik über die Signalaufbereitung und -auswertung bis hin zu Fertigungstechnologien für Sensoren.
Ziel ist die Entwicklung kostengünstiger Sensorik für die Integration in Produkten. Hierzu soll, wenn möglich, auf bereits vorhandene Sensorik zurückgegriffen werden und diese z.B. mit erweiterten Funktionen, angepasster Signalauswertung oder mit im Bereich der Antriebstechnik gebräuchlichen Schnittstellen versehen. Grundlagenforschung wird betrieben, wenn keine geeignete Sensorik kommerziell zur Verfügung steht.

Elektrische Speichertechnik

Dieser Arbeitskreis befasst sich mit stationären und mobilen Energiespeichersystemen, die in der Antriebstechnik von Fahrzeugen und mobilen Maschinen eingesetzt werden. Dazu zählen zum Beispiel Batterien, Supercaps und elektromechanische Kreiselspeicher. Es geht im Wesentlichen um die Sicherheit, Lebensdauer und Robustheit, zum einen von Speichersystemen und deren Nebenaggregaten, zum anderen von Steuer- und Regelungskomponenten und deren Software.
Der Arbeitskreis forscht im Bereich Batterie-Zellverständnis und stellt Untersuchungen zur Speicherintegration und Schnittstellenanbindung an. Er entwickelt Berechnungstools bzw. Simulationsmodelle zum Verhalten im Gesamtsystem. Und er entwirft Systeme, Modelle und Standards für den gesamten Zyklus – von der Produktion bis zum Recycling der elektrischen Speichersysteme.

Stirnräder

Der Arbeitskreis 'Stirnräder' erstellt Richtlinien für Konstrukteure, um die Stirnradverzahnung in Getrieben anforderungsgerecht auszulegen. Dies umfasst Fragestellungen aus allen Bereichen des Produkt-Lebenszyklus, für alle Anwendungsgebiete, alle Werkstoffe sowie alle Stirnradgrößen, –formen, -typen und -anbindungen.
Die Aufklärung grundlegender Einflussgrößen und Schadensmechanismen auf Stirnradverzahnungen bildet die Basis für eine spätere Standardisierung. Neben der Abschlussdokumentation nehmen die erstellten Softwaretools eine wichtige Rolle für die Unterstützung der Konstrukteure bei der anforderungsgerechten Auslegung von Getrieben und im Wissenstransfer ein. Ggfs. werden die Ergebnisse in der Normung umgesetzt.

Synchronisierungen

Der Arbeitskreis Synchronisierungen wurde aufgrund des Phänomens „Hochschaltkratzen bei Kfz-Schaltgetrieben“ gebildet. In der ersten Forschungsphase wurden die relevanten Einflussgrößen ermittelt und in eine Konstruktionsrichtlinie zur Vermeidung von Hochschaltkratzen zusammengefasst. Darauf aufbauend wurde ein Simulationsprogramm erstellt, das bereits in den ersten Entwicklungsphasen Aussagen über den Schaltablauf und die Schaltqualität von Synchronisierungen ermöglicht.
Ein weiteres Forschungsgebiet ist die Lebensdauer von Synchronisierungen: Hier wurde erstmalig auf dem Gebiet tribologisch beanspruchter Bauelemente ein Modell erstellt, mit dem die Lebensdauer unter Betriebsbelastung abgeschätzt werden kann. In einem weiteren Projekt wurden Synchronisierungstests standardisiert. Zum Beispiel hat sich inzwischen eine vom Arbeitskreis entwickelte Prüfeinrichtung und deren Ablauf in der Automobil- und Zulieferindustrie etabliert.

Wälzlager

Dieser Arbeitskreis wurde gegründet, um den steigenden Anforderungen an Wälzlager gerecht zu werden und deren Auslegung zuverlässiger zu machen. Projekte zu den Themen Lagerkinematik, Wärmeentwicklung, Tragfähigkeit, Schadensmechanismen und Reibung eröffnen Wälzlagerherstellern und -anwendern ganz neue Möglichkeiten. Bei der Forschung zum Thema gibt es immer wieder Berührungspunkte zu den Arbeitskreisen „Öle und Schmierstoffe“ sowie „Werkstoffe“. Dank des Projekts „FVA 144 Mikrogeometrie-Spannungsspitzen“ weiß man heute viel mehr über die Beanspruchung bei Partikelüberrollung in Wälzlagern. Zum Beispiel lässt es sich nun sehr viel besser einschätzen, welchen Einfluss Fremdkörpern im Öl auf den Verschleiß des Wälzlagers haben. Die Lagerauslegung kann entsprechend ihrer Beanspruchung besser dimensioniert werden. Und unnötige Sicherheitsreserven fallen weg, was die Wirtschaftlichkeit der gesamten Lagerung deutlich verbessert.

Welle-Nabe-Verbindung

Welle-Nabe-Verbindungen bestimmen maßgeblich die Gestaltung und das Verhalten des Antriebsstranges. Der Arbeitskreis zum Thema erarbeitet Berechnungsgrundlagen und Gestaltungshinweise für form-, reib- und stoffschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen. Da die Anforderung an deren Leistung ständig steigt, müssen genaue Untersuchungen über Schädigungsmechanismen, Verformungs- und Verschleißverhalten unter praxisnahen Lastbedingungen angestellt werden. So lieferte zum Beispiel ein Forschungsprojekt zum Thema Passfederbeanspruchung die Erkenntnis, dass bei kombinierter Torsions- und Umlaufbiegebelastung durch optimierte Wellennut- und Passfederformen eine Festigkeitssteigerung von bis zu 50 Prozent erreicht werden kann. Der Arbeitskreis arbeitet außerdem an Lösungen zur Relativkostenermittlung, der Wiederverwertbarkeit lösbarer Verbindungen und an neuen stoffschlüssigen Verbindungstechnologien, um Abläufe effizienter und wirtschaftlicher zu machen.

Werkstoffe

Der Arbeitskreis befasst sich vorrangig mit metallischen Werkstoffen wie Stähle, Guss- und Sinterwerkstoffe oder gradierte Werkstoffe. Zur Einstellung der benötigten Bauteileigenschaften werden thermische, thermochemische und weitere Verfahren zur Ertüchtigung der Bauteile untersucht.
Ein weiterer Forschungsfokus liegt auf dem Verständnis von Belastungen gegenüber Belastbarkeiten sowie Schadensmechanismen, die bei Maschinenbauteilen der Antriebstechnik, wie Verzahnungen, Wellen, Wälzlager und Gussteilen auftreten. Übergreifendes Ziel der Aktivitäten des Arbeitskreises ist die Entwicklung und Optimierung von Verfahren zur Verbesserung der Werkstoff- und Bauteileigenschaften, um damit Effizienz, Lebensdauer und Betriebssicherheit zu erhöhen.

Workbench

Der  Arbeitskreis Workbench befasst sich mit der kontinuierlichen Aufbereitung, Entwicklung, und Qualitätssicherung der FVA-Berechnungsmodule für die Antriebstechnik sowie deren Integration in die übergreifende Softwareplattform FVA-Workbench®. Als Community-Plattform bietet der Arbeitskreis eine Möglichkeit zum konstruktiven Dialog zwischen Softwareentwicklern und Anwendern. Funktionswünsche und Anforderungen aus der industriellen Praxis  können aktiv in die Softwareentwicklung eingebracht und realisiert werden.