Die Arbeitskreise der FVA Gemeinsam forschen für die Praxis – mitmachen heißt mitbestimmen

Die Arbeitskreise der FVA sind das Herz der Forschungsgemeinschaft. 

Jedes Mitgliedsunternehmen kann mitmachen und so über die Mitarbeit seiner Fachleute Einfluss auf die Forschungsarbeit ausüben. Hier werden Ideen für Forschungsprojekte eingebracht, gemeinsam zu Themen entwickelt und über die Projektlaufzeit betreut.

Die Bandbreite und Expertise der im Arbeitskreis vertretenen Fachleute unserer Mitgliedsunternehmen gewährleisten einen fachlichen Dialog auf höchstem Niveau und stellen ein ziel- und nutzenorientiertes Arbeiten sicher.

Die 25 projektbegleitenden Arbeitskreise decken das ganze Themenspektrum der Antriebstechnik nach übergeordneten Themenfeldern ab und koordinieren die fachliche Arbeit der FVA. Aus dem Teilnehmerkreis gewählte Obleute leiten die Frühjahrs- und Herbstsitzungen der Arbeitskreise, zu denen die Mitarbeiter der FVA-Mitgliedsfirmen mit Vertretern aus der Wissenschaft zusammenkommen.

Berechnung und Simulation

Berechnung und Simulation

In der modernen Produktentwicklung kommen zunehmend virtuelle, das heißt rechnerunterstützte Methoden zum Einsatz. Ziel der Industrie ist es, bereits erste Produktentwürfe möglichst perfekt zu gestalten. Der Arbeitskreis gibt FVA-Mitgliedern Werkzeuge an die Hand, um die immer komplexer werdenden Aufgaben bei der Produktentwicklung 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

Dichtungstechnik

Hier geht es um Fragestellungen zur Abdichtung von bewegten und unbewegten Maschinenelementen. Untersucht werden zum Beispiel Wellendichtsysteme und Gehäuseabdichtungen. Forschungsprojekte zeigen auf, wo die Einsatzgrenzen von Dichtungswerkstoffen und bestehenden Dichtsystemen liegen, erarbeiten Gestaltungsund Auslegungsempfehlungen und entwickeln Grundlagen für neue Dichtungskonzepte. Die branchenübergreifende Zusammenarbeit von Fachleuten aus der Maschinenbauund Automobilindustrie mit Schmierstoffexperten und Spezialisten von Dichtungsherstellern schaffen in diesem Arbeitskreis Synergien, die Innovationen auf dem Gebiet der Dichtungstechnik unterstützen.

 

Fertigungstechnik

Fertigungstechnik

Die Fertigung antriebstechnischer Komponenten steht aufgrund wachsender Qualitätsanforderungen und kontinuierlich zunehmendem Kostendruck vor großen Herausforderungen. Der Arbeitskreis leistet einen Beitrag zur Verbesserung etablierter Produktionsprozesse und liefert die Basis für die Einführung neuer Fertigungstechnologien. Ziel ist es, die Produktivität zu steigern, die Prozesssicherheit zu erhöhen und die Ressourceneffizienz zu verbessern. Bei der Einführung neuer Fertigungstechnologien bewertet die wissenschaftliche Forschung Bearbeitungsverfahren und untersucht deren Einfluss auf fertigungsbedingte Bauteileigenschaften und das Einsatzverhalten.

Freiläufe

Freiläufe

Ziel dieses Arbeitskreises ist die weitere Optimierung von Freiläufen. Gegenstand der Forschungsprojekte sind vor allem der Verschleiß von Klemmkörpern und die Abhängigkeit der Lebensdauer von Belastung und Schaltanzahl. Während eines Vorhabens wurde ein Prüfstand entwickelt, der nach Beendigung des Vorhabens an verschiedenen Instituten für weitere Versuche zur Verfügung steht. In dem Vorhaben FVA 137/I-IV wurde zum ersten Mal ein Lebensdauermodell für Klemmkörperfreiläufe erarbeitet. Die allgemeine Gültigkeit wurde durch Experimente bestätigt. Auf dieser Grundlage ist es möglich, schon in der Entwurfsphase Aussagen über die zu erwartende Lebensdauer zu machen. Neuere Projekte beschäftigen sich mit Freilaufbeschichtungen, Freilaufschmierung und mit dem Freilaufdrehmoment.

NHV | Noise, Vibration, Harshness

NHV | Noise, Vibration, Harshness

Ein Getriebe soll im Idealfall so leise wie möglich laufen. Um das zu gewährleisten, befasst sich dieser Arbeitskreis mit Schallentstehung, Schallübertragung und Schallabstrahlung von Getrieben und Antriebssystemen. Die Schwerpunkte der Forschungsarbeit zielen darauf, die Geräuschund Schwingungsanregung zu vermindern und die maschinenakustischen Eigenschaften in Richtung „Leises Getriebe“ zu optimieren.
Zudem untersucht der Arbeitskreis das akustische Systemverhalten von Motor und Getriebeeinheiten und deren gegenseitige Beeinflussung. Um den Schall zu dämpfen, werden darüber hinaus Berechnungsverfahren entwickelt, die eine geräuschgünstige Auslegung ermöglichen.

Geregelte Elektroantriebe

Geregelte Elektroantriebe

Dieser Arbeitskreis befasst sich anwendungsneutral mit allen Aspekten der elektromechanischen Energiewandlung (Motor- und Generatortechnik) und Leistungselektronik (Umrichtertechnik), insbesondere für industrielle Anwendungen. Hierbei geht es zum Beispiel um Verbesserungen der Verfügbarkeit, Kosten-Nutzenrelation, Lebensdauerverlängerung, Energieeffizienz, EMV, Steuer- und Regeltechnik sowie dazu hilfreiche Simulationswerkzeuge. Auch der Einsatz neuer Materialien und Fertigungsverfahren wie zum Beispiel dem 3D-Druck werden untersucht. Die erste Machbarkeitsstudie 3D-Druck Elektromotoren zeigt beispielsweise vielversprechende Ergebnisse für den Elektromaschinenbau, die ansonsten in dieser Güte für nichtwirkende KMUs nur schwer erreichbar wären.

Gleitlager

Gleitlager

Der Trend zu immer größerer Leistungsdichte sowie zu neuen, verbesserten Werkstoffen und Schmierstoffen werfen Fragen auf, die zur Bildung dieses Arbeitskreises Gleitlager geführt haben. Die bisher durchgeführten Arbeiten befassten sich im Wesentlichen mit hydrodynamisch arbeitenden Gleitlagern. Hierbei wurden Untersuchungen durchgeführt, die das gesamte Tribosystem (Schmierstoff, Gleitlagermaterial und Wellen) umfassten. So betreute der Arbeitskreis beispielsweise Untersuchungen, die sich mit der chemischen Verträglichkeit verschiedener Mineralöl-Lagerwerkstoff-Kombinationen und dem Einfluss von Wellen aus nicht rostendem Stahl auf die Tragfähigkeit befassten. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit im Arbeitskreis ist die stetige Verbesserung der Berechnungsgrundlagen, um sichere Vorausberechnungen zu ermöglichen.

Innovationsmanagement

Innovationsmanagement

Der Arbeitskreis erarbeitet Methoden und Werkzeuge des Innovationsmanagements aus technischer, betriebswirtschaftlicher und organisationspsychologischer Sicht. Ziel ist es, diese für die Mitgliedsunternehmen der FVA zugänglich und nutzbar zu machen. Dabei werden zwei Themenfelder betrachtet: Unter dem Leitgedanken Exploration werden in der Phase der Identifikation kontinuierlich Trends und Technologien mit den Methoden der „Strategic Foresight“ analysiert, bewertet und in Form von Studien angearbeitet.

Um eine Anwendbarkeit und Verwertung zu ermöglichen, werden im zweiten Themenfeld die Methoden und Prozesse des Innovationsmanagements kontinuierlich weiterentwickelt. Ausgehend von den Bedürfnissen der Mitgliedsunternehmen, werden aus Wissenschaft und Praxis neu diskutierte Konzepte aufgenommen und anschließend branchenspezifisch adaptiert.

Kegelräder

Kegelräder

Der Arbeitskreis 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, Wirkungsgradoptimierung und Geräuschverhalten. Die spezifischen Anforderungen an Werkstoff und Schmierstoff sind ebenfalls Forschungsgegenstand des Arbeitskreises. Die Klärung grundlegender Einflussgrößen und Schadensmechanismen auf Kegelradverzahnungen bildet die Basis für eine spätere Standardisierung.

Kunststoffe in der Antriebstechnik

Kunststoffe in der Antriebstechnik

In der Antriebstechnik kommen immer mehr Lösungen zum Einsatz, die Polymerwerkstoffe verwenden. Der Arbeitskreis Kunststoffe in der Antriebstechnik erarbeitet über Forschungsprojekte werkstoffliches Grundlagenwissen für die Auslegung von Antriebselementen aus Polymerwerkstoffen. 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 Bauteile 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

Mechatronik

Der Arbeitskreis Mechatronik hat das Ziel, die Funktionalität eines technischen Systems durch eine enge Verknüpfung von mechanischen, elektronischen und datenverarbeitenden Komponenten zu steigern und Kostenvorteile zu realisieren. Neben einer robusten Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) mit dem Ziel einer räumlichen und funktionalen< Integration werden Entwurfsverfahren und Betriebsstrategien entwickelt, die die Energieeffizienz und Zuverlässigkeit mechatronischer Systeme steigern. Bedingt durch die zunehmende Elektrifizierung von Antriebssystemen die fortschreitende Entwicklung der E-Mobilität, spielen Leistungshalbleiter und die daraus aufgebauten, komplexen Systeme wie zum Beispiel Wechselrichter auch in der Mechatronik eine zunehmend größere Rolle. Die hierfür eingesetzten Technologien, Topologien und Betriebsalgorithmen erfahren hierbei eine dynamische Weiterentwicklung.

Messtechnik

Messtechnik

Dieser Arbeitskreis erforscht innovative Messtechnologien, die von allgemeinem Nutzen sind und bei denen es erfolgversprechend erscheint, sie in die industrielle Anwendung zu überführen. Messen dient dabei der Informationsgewinnung und -absicherung in Forschung, Entwicklung und Fertigung. Themenschwerpunkte des Arbeitskreises sind die Fertigungs- und die Versuchsmesstechnik. Folgende Forschungsschwerpunkte werden verfolgt: die Erforschung neuer Technologien und Verfahren; die Ermittlung und Reduzierung der Messunsicherheit; die Beherrschung von Komplexität; die Erstellung von Normen und Standards; die Absicherung des geistigen Eigentums an Messtechnik und ihren Methoden.

Nichtschaltbare Kupplungen

Nichtschaltbare Kupplungen

Lösungen für die sichere und ressourcenbewusste Auswahl von Kupplungen für den Antriebsstrang sind das Thema dieses Arbeitskreises. Neben metallischen nichtschaltbaren Kupplungen (Zahnkupplungen, Laschen- und Lamellenkupplungen etc.), bilden die elastischen Kupplungen einen Schwerpunkt der Forschungsarbeit. Die Ergebnisse abgeschlossener Forschungsvorhaben machen es möglich, die Abhängigkeit des dynamischen Verhaltens einer elastischen Kupplung (kennzeichnende Eigenschaften: Elastizität und Dämpfung) von den wesentlichen Beanspruchungswerten wie Drehmoment, Wechseldrehmoment und dessen Frequenz, Temperatur und Belastungsdauer zu ermitteln. Diese Kennwerte und speziell für elastische Werkstoffe entwickelte Rechnermodelle erlauben es, das Verhalten eines Antriebsstranges in Verbindung mit der elastischen Kupplung ohne aufwendige Versuche sicher auslegen zu können.

Schaltbare Kupplungen und Bremsen

Schaltbare Kupplungen und Bremsen

Die Projekte des Arbeitskreises zu nass- und trockenlaufenden Lamellenkupplungen und Bremsen umfassen die Bereiche Dimensionierung, Auslegung, Betriebsverhalten, Leistungsgrenzen, Prüfverfahren und Schädigungsmechanismen. Dank der erarbeiteten Erkenntnisse zum Thema Leistungsgrenzen, weiß die Branche heute sehr viel mehr über Reibmechanismen und Belastungskenngrößen zur sicheren Auslegung von Trockenkupplungen. Dadurch können 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. Die neusten Vorhaben befassen sich mit dem Leerlaufverhalten, dem Zu- und Abschaltverhalten sowie den Leistungsgrenzen bei Dauerschlupf von nassen Lamellenkupplungen.

Schmierstoffe und Tribologie

Schmierstoffe und Tribologie

Fragen zur Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Schmierstoffen (Öle und Fette) und Komponenten, der Schmierstoffzuführung und Getriebeverlusten sind die Forschungsthemen dieses Arbeitskreises. Ziel ist es, über die richtige Schmierstoffauswahl die Belastbarkeit und den Wirkungsgrad von Getrieben positiv zu beeinflussen. Es werden insbesondere die Auswirkungen auf Zahnräder, Wälzlager, Gelenklager und sonstige Getriebekomponenten erforscht. In den bisherigen Forschungsprojekten wurden Öltests für Zahnräder und Wälzlager entwickelt und es wurde untersucht, inwiefern Schmierstoffe für Alterung (Lebensdauerschmierung), Verschleiß, Pitting, Fressen und Graufleckigkeit verantwortlich sind. Außerdem forscht der Arbeitskreis an biologisch abbaubaren Schmierstoffen und deren Grenzschichtbildung. Vertreter der Getriebe-, Wälzlager-, Schmierstoff- und Additivindustrie arbeiten in diesem Arbeitskreis zusammen.

Schneckengetriebe

Schneckengetriebe

Ziel dieses Arbeitskreises ist es, mit seiner Forschung die Eigenschaften von Schneckengetrieben weiter zu verbessern. In experimentellen Untersuchungen zu Forschungsvorhaben wurden Verschleiß, Grübchenbildung, Fressen und Zahnfußtragfähigkeit ermittelt. Die Ergebnisse dieser Forschung bilden die Basis für die DIN-Norm „Tragfähigkeitsberechnungen von Schneckengetrieben“. In weiteren Projekten geht es um Tragfähigkeitsgrenzen und die Optimierung von Werkstoffen. Dank neuer Erkenntnisse aus Forschungsvorhaben des Arbeitskreises zur Tragfähigkeit und zur Werkstoffoptimierung konnten die Drehmomente der Schneckengetriebe in den vergangenen 20 Jahren schrittweise um rund 50 Prozent gesteigert werden. Aktuellere Projekte beschäftigen sich mit neuen Werkstoffen, Härteverfahren, Fertigungsverfahren, Schmierstoffen und mit der Tragfähigkeitssteigerung bei Schneckengetrieben.

Sensorik für Antriebssysteme

Sensorik für Antriebssysteme

Das Thema Industrie 4.0 ist 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. Der Arbeitskreis „Sensorik für Antriebssysteme“ trägt diesem Bedarf Rechnung. Sein Ziel ist die Entwicklung kostengünstiger Sensorik für die Integration in Produkten. Der Forschungsbereich umfasst Sensoren, Auswerteverfahren, Schnittstellen und Verfahren, Zustandsgrößen von Antriebssystemen zu bestimmen. Das Spektrum der Aktivitäten reicht von der Sensorphysik über die Signalaufbereitung und -auswertung bis hin zu Fertigungstechnologien für Sensoren.

Elektrische Energiespeichertechnik

Elektrische Energiespeichertechnik

Stationäre und mobile Energiespeichersysteme für die Antriebstechnik von Fahrzeugen und mobilen Maschinen sind die Themen dieses Arbeitskreises. Dazu zählen zum Beispiel Batterien, Supercaps und elektromechanische Kreiselspeicher. Im Mittelpunkt stehen die Sicherheit, Lebensdauer und Robustheit von Speichersystemen und deren Nebenaggregaten sowie von Steuer- und Regelungskomponenten und deren Software. Der Arbeitskreis forscht im Bereich Batterie-Zellverständnis und untersucht die Speicherintegration und Schnittstellenanbindung. 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

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 und Werkstoffe sowie für alle Stirnradgrößen, -formen, -typen und -anbindungen. Die Aufklärung grundlegender Einflussgrößen und Schadensmechanismen auf Stirnradverzahnungen bildet die Grundlage für eine spätere Standardisierung. Neben der Abschlussdokumentation nehmen die erstellten Softwaretools eine wichtige Rolle ein, um Konstrukteure bei der anforderungsgerechten Auslegung von Getrieben und im Wissenstransfer zu unterstützen. Gegebenenfalls werden die Ergebnisse in der Normung umgesetzt.

Synchronisierungen

Synchronisierungen

Der Arbeitskreis Synchronisierungen wurde aufgrund des Phänomens „Hochschaltkratzen bei Kfz-Schaltgetrieben“ gebildet. Im ersten Forschungsvorhaben 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. In einem weiteren Projekt wurden Synchronisierungstests standardisiert. Auf dem Gebiet tribologisch beanspruchter Bauelemente wurde erstmalig ein Modell erstellt, mit dem die Lebensdauer von Synchronisierungen unter Betriebsbelastung abgeschätzt werden kann. Mit Forschungen zum Zusammenhang zwischen dem Grenzschichtaufbau und dem Reibungs- und Verschleißverhalten der verschiedenen Reibpartner sollen die Wirkmechanismen zwischen den Schmierstoffadditiven und dem Reibwerkstoff erkannt werden.

Wälzlager

Wälzlager

Um den ständig steigenden Anforderungen an Wälzlagern gerecht zu werden, wurde der Arbeitskreis gegründet. Zu den behandelten Themen gehören die Lagerkinematik, Wärmeentwicklung Tragfähigkeit, Schadensmechanismen und Reibung. Die Arbeiten des Arbeitskreises sind in der Regel darauf ausgerichtet, die Auslegung von Wälzlagern zuverlässig zu machen. So konnte unter anderem das Vorhaben FVA 144 „Mikrogeometrie-Spannungsspitzen“ die Kenntnisse über die Beanspruchung bei Partikelüberrollung im Wälzlager deutlich erweitern. Dies trug letztlich dazu bei, den Einfluss von Fremdkörpern im Öl auf die Ermüdungslebensdauer quantifizieren zu können und in die Lagerauslegung mit einzubeziehen. Damit können Lager heute beanspruchungsgerecht dimensioniert werden. Durch den Wegfall unnötiger Sicherheitsreserven wird die Wirtschaftlichkeit der gesamten Lagerung in vielen Fällen deutlich verbessert.

Welle-Nabe-Verbindung

Welle-Nabe-Verbindung

Welle-Nabe-Verbindungen bestimmen maßgeblich Gestaltung und Gesamtverhalten des Antriebsstranges. Wesentliches Ziel der in diesem Arbeitskreis behandelten Vorhaben ist die Erarbeitung von gesicherten Berechnungsgrundlagen und Gestaltungshinweisen für Wellen, Naben und form-, reib- und stoffschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen aller Anwendungsgebiete und -größen. Vor dem Hintergrund der ständig geforderten Leistungssteigerung sind dabei genaue Untersuchungen über Schädigungsmechanismen, Verformungs- sowie Verschleißverhalten unter praxisnahen Lastbedingungen notwendig. Die Ergebnisse der Forschungsvorhaben ermöglichen eine sichere und wirtschaftliche Dimensionierung. Sie werden in Form von Software dem Entwicklungsingenieur zur Verfügung gestellt und bilden die Grundlage für eine spätere Standardisierung.

Werkstoffe

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 es, Verfahren zu entwickeln und zu optimieren, die dazu beitragen Werkstoff- und Bauteileigenschaften zu verbessern, um damit Effizienz, Lebensdauer und Betriebssicherheit zu erhöhen.

Workbench

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 hier aktiv in die Softwareentwicklung eingebracht und realisiert werden.