Vier neue Forschungsprojekte für sichere, effiziente und flexible Antriebssysteme

Vier neue Projekte gehen an den Start: Mit einem Gesamtvolumen von rund 860.000 Euro bearbeiten sie aktuelle Fragestellungen aus der Kupplungs- und Bremstechnik, der Robotik, der Fertigung elektrischer Maschinen sowie der Qualitätssicherung beim Verzahnungsschleifen. Zwei Vorhaben werden über die Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördert, zwei weitere aus FVA-Eigenmitteln (FVA-EM) finanziert.

Das thematische Spektrum reicht von der sicherheitsgerechten Auslegung nasslaufender Lamellenkupplungen über Hochleistungskunststoffe in Robotergetrieben und flexible Wicklungsfertigung bis zur prozessintegrierten Schleifbrandprüfung. Gemeinsam ist den Projekten ihr klarer Anwendungsbezug: Sie schaffen Methoden, Prüfkonzepte und Entscheidungsgrundlagen, die Unternehmen bei der Entwicklung und Fertigung leistungsfähiger Antriebssysteme unterstützen.

FVA 1124 I: Einlauf Mikroschlupf

Projekttitel: Schlupffrei übertragbares Drehmoment nasslaufender Lamellenkupplungen zu Lebensdauerbeginn
Förderung: BMWE/IGF

Sicherheitskritische Kupplungen und Bremsen benötigen stabile Reibbedingungen. Additive im Schmierstoff, die unter anderem zur Verbesserung von Effizienz, Komfort und Geräuschverhalten eingesetzt werden, können jedoch Mikroschlupf und damit Kriechbewegungen begünstigen. Voruntersuchungen zeigen, dass sich der Haftreibwert dadurch gegenüber dem Neuzustand um bis zu 50 Prozent verringern kann. Das Projekt untersucht deshalb systematisch, wie Mikroschlupf den Einlauf nasslaufender Lamellenkupplungen beeinflusst. Dazu werden Messmethoden an realen Kupplungssystemen bewertet, weiterentwickelt und experimentell abgesichert. Zudem sollen Empfehlungen für die Vorkonditionierung der Reibflächen und eine funktionsgerechte Bestimmung der Haftreibungszahl abgeleitet werden.

Nutzen für die Industrie: Die Ergebnisse ermöglichen eine verlässlichere und sicherheitsgerechtere Auslegung von Kupplungs- und Bremssystemen. Gleichzeitig können hohe pauschale Sicherheitsfaktoren gezielter bewertet und Ressourcen effizienter eingesetzt werden. Davon profitieren insbesondere kleine und mittlere Unternehmen der Antriebstechnik, für die umfangreiche eigene Versuchsreihen nur mit hohem Aufwand realisierbar sind.

FVA 1127 I: RoboKunst

Projekttitel: Potenzialanalyse für den Einsatz von Hochleistungskunststoffen in robotischen Antriebssträngen
Finanzierung: FVA-EM

Mit der zunehmenden Verbreitung robotischer Systeme steigen auch die Anforderungen an Gewicht, Kosten und Skalierbarkeit der eingesetzten Antriebstechnik. Bislang fehlt jedoch eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für den gezielten Einsatz von Hochleistungskunststoffen in Robotergetrieben. Die Studie bewertet deshalb, welche metallischen Getriebekomponenten sich grundsätzlich durch Hochleistungskunststoffe ersetzen lassen. Berücksichtigt werden typische Robotikanwendungen, geeignete Getriebetypen, Werkstoffe, Fertigbarkeit und technische Reife. Für ausgewählte Komponenten sollen konkrete Substitutionskonzepte und kunststoffgerechte Designempfehlungen entstehen. Ergänzend wird ein Prüfkonzept für die spätere experimentelle Validierung prototypischer Kunststoff-Robotergetriebe entwickelt.

Nutzen für die Industrie: Unternehmen erhalten eine belastbare Entscheidungsgrundlage, um Gewichts- und Kostenpotenziale von Hochleistungskunststoffen in Robotergetrieben einzuschätzen. Die Ergebnisse zeigen zugleich technische Grenzen, Anforderungen an die Konstruktion und den weiteren Forschungsbedarf auf. Damit schafft die Studie eine Grundlage für zielgerichtete Entwicklungsprojekte und ein mögliches nachfolgendes IGF-Vorhaben.

FVA 1118 I: Studie zur flexiblen Fertigung verteilter Wicklungen

Projekttitel: Überblick über den kommerziellen und wissenschaftlichen Stand bei der flexiblen Fertigung verteilter Wicklungen in geringen Stückzahlen
Finanzierung: FVA-EM

Industrieantriebe werden in zahlreichen Varianten benötigt, etwa für unterschiedliche Wirkungsgradklassen, Spannungen, Frequenzen, Leistungen oder Betriebsbedingungen. Diese Vielfalt stellt Hersteller elektrischer Maschinen vor die Herausforderung, auch kleine und mittlere Losgrößen wirtschaftlich zu fertigen. Das Projekt dokumentiert und bewertet deshalb verfügbare Verfahren zur Herstellung verteilter Wicklungen. Betrachtet werden neben dem Wickelprozess auch Nut- und Phasenisolation sowie die Herstellung und Isolation der Anschlüsse. Zu den Bewertungskriterien gehören unter anderem Flexibilität, Investitions- und Stückkosten, Kupferfüllfaktor, technischer Reifegrad, AC-Verluste und verfahrensbedingte Grenzen. Die Studie unterscheidet dabei zwischen sehr kleinen Losgrößen unter fünf, kleinen Losgrößen unter 100 und mittleren Losgrößen unter 5.000 Einheiten.

Nutzen für die Industrie: Die Studie bietet Herstellern elektrischer Maschinen eine strukturierte Orientierung bei der Auswahl flexibler Fertigungsverfahren. Sie macht sichtbar, welche Technologien für variantenreiche Anwendungen und geringe Stückzahlen geeignet sind und welche Auswirkungen sie auf Kosten, Wicklungsqualität und Maschinendesign haben. Gleichzeitig werden Forschungslücken identifiziert, die in einem möglichen Folgeprojekt bearbeitet werden können.

FVA 881 III: WSHA Profilschleifen

Projekttitel: Methode zur prozessparallelen Schleifbrandprüfung mittels Harmonischer Analyse von Wirbelstromsignalen beim diskontinuierlichen Profilschleifen von Verzahnungen
Förderung: BMWE/IGF

Thermomechanische Schädigungen der Randzone können die Qualität und Belastbarkeit geschliffener Verzahnungen beeinträchtigen. Das Projekt entwickelt daher eine prozessintegrierte Prüfmethode, die auf der Harmonischen Analyse von Wirbelstromsignalen basiert. Eine modulare Sensorik soll in den Profilschleifprozess integriert werden und den Randzonenzustand prozessparallel oder nachgelagert bewerten. Untersucht werden insbesondere maschinen- und prozessbedingte Störgrößen sowie geeignete Verfahren zu deren Kompensation. Die Methode wird unter unterschiedlichen Schleifstrategien, Werkstoffkombinationen und Schleifscheibenzuständen erprobt. Zum Vergleich dienen etablierte Prüfverfahren wie Barkhausenrauschen, Nitalätzen und Gefügeschliffe. Darüber hinaus wird untersucht, ob Veränderungen im Wirbelstromsignal frühzeitig auf drohenden Schleifbrand hinweisen können.

Nutzen für die Industrie: Eine in den Prozess integrierte Prüfung kann zusätzliche Handhabungsschritte reduzieren und die Prozesssicherheit, Effizienz und Produktivität beim Verzahnungsschleifen erhöhen. Besonders relevant ist dies für Lohnfertiger im Einzelteil- und Kleinserienbereich. Ein praxisorientierter Leitfaden soll Unternehmen dabei unterstützen, die entwickelte Bewertungsmethodik auf weitere Maschinen und Bauteilgeometrien zu übertragen. Auch für Prüfmittel- und Maschinenhersteller ergeben sich konkrete Ansatzpunkte für den Technologietransfer.

Forschungsergebnisse gemeinsam in die Anwendung bringen

Die vier neuen Vorhaben greifen konkrete Herausforderungen aus Entwicklung, Konstruktion, Fertigung und Qualitätssicherung auf. In den projektbegleitenden Ausschüssen bringt die FVA-Community ihre industrielle Erfahrung ein, begleitet die Forschungsarbeiten und unterstützt den Transfer der Ergebnisse in die betriebliche Praxis.

Weitere Informationen zu den Projekten, den beteiligten Gremien und den Möglichkeiten zur Mitwirkung finden Interessierte in THEMIS, der Forschungs- und Wissensplattform der FVA.