Ausstattung
Zur Durchführung der experimentellen Untersuchungen stehen an der FZG mehr als 80 Prüfstände zur Verfügung. Die Werkstatt ist mit allen notwendigen Werkzeugmaschinen ausgestattet, um benötigte Prüfstände und Messeinrichtungen herzustellen und zu warten. Zur Zahnradendbearbeitung steht eine stateof- the-art Zahnradschleifmaschine zur Verfügung. Ferner verfügt die FZG über eine Elektro-/ Elektronikwerkstatt, in der Steuer- und Messtechnik für die Prüfstandssteuerung entwickelt, gebaut sowie gewartet wird. Im Folgenden wird ein Überblick über die vorhandene Ausstattung gegeben. Eine detaillierte Darstellung der Prüfstände sowie der Werkstatt und der Labore ist im Anschluss dokumentiert.
Mess-, Werkstoff- und Schmierstofflabor
Im Laborbereich werden versuchsbegleitende Dokumentationen, Untersuchungen und Vermessungen durchgeführt. Sämtliche Prüfteile durchlaufen Vermessungen vor, während und nach dem Versuch. Kernstück der Untersuchungen bei Zahnrädern ist dabei die Kontrolle von Form und Lage der Zahnradgeometrie, gemessen mit dem Verzahnungsmesszentrum. Mit den Rauheitsmessgeräten werden in 2D- und 3D-Messungen Oberflächenprofile und -strukturen erfasst. Hochpräzise Waagen erlauben die exakte Bestimmung des Prüfteilgewichts und damit die Verfolgung des Masseverlustes z.B. bei Verschleißtests. Der Versuchsfortschritt sowie ganze Bauteile und Prüfstände werden mit digitalen Kameras dokumentiert und in einer zentralen Bilddatenbank festgehalten.
Im Bereich des Werkstofflabors kommen die Methoden der Metallographie (Schliffherstellung, Gefügecharakterisierung) und der Rasterelektronenmikroskopie (Bruchflächenanalytik) zum Einsatz. Mit physikalischen Messungen, wie Härteund Härteverlaufsprüfungen, Messungen mit Röntgendiffraktometern (Eigenspannungen, Restaustenitgehalt), Energiedispersive Röntgenanalytik am REM (Bestimmung der Zusammensetzung von Einschlüssen oder Ablagerungen), werden weitere Daten ermittelt. Mit dem Funkenspektrometer (optische Emissionsspektrometrie) können Werkstoffzusammensetzungen kontrolliert werden.
Im Schmierstofflabor werden Viskosität, Wassergehalt und Neutralisationszahl (Alterung) von Schmierstoffen ermittelt, sowie der chemische Aufbau von Grundölen und Additiven im Infrarotspektrometer charakterisiert.
Werkstatt
Der Werkstattbereich des Lehrstuhls ist mit allen notwendigen Werkzeugmaschinen und Arbeitsmitteln ausgestattet, um die eigenen Prüfstände und Messeinrichtungen weitgehend selbst herzustellen und zu warten. Zur Zahnrad-Endbearbeitung steht eine Zahnradschleifmaschine Liebherr LGG 280 (Profil- und Wälzschleifverfahren) zur Verfügung.
Elektro-/Elektronik-Labor
Der Lehrstuhl verfügt über eine Elektro-/ Elektronikwerkstatt, in der die erforderliche Steuerung und Software für die Prüfstände entwickelt und gebaut sowie gewartet werden. Es ermöglicht die Realisierung eigener Ideen und die fortlaufende Optimierung durch Einbindung langjähriger Erfahrung und Kompetenz.
Prüffeld
Das Prüffeld der FZG bietet eine leistungsfähige Infrastruktur. Zur Untersuchung von Tragfähigkeit, EHD- / Tribokontakt, Wirkungsgrad, Dynamik / NVH, Werkstoffe / Beschichtungen und Betriebsfestigkeit stehen mehr als 80 Prüfstände zur Verfügung.
Überblick Prüfstände der FZG
Stirnrad-Verspannungsprüfstand (a = 91,5 mm)
Verspannung: mechanisch oder hydrostatisch
Achsabstand: a = 91,5 mm
Modul: mn = 2 … 5 mm
Zahnbreite: b = 10 … 40 mm
Verspannmoment: T = 0 ... 800 Nm
Drehzahlen: n = 10 ... 3000 1/min
Forschungsthemen:
Verschleiß-, Grübchen- und Graufleckentragfähigkeit, Fressen, Zahnfuß- und Zahnflankenbruch, Schwingungsanregung, Verlustleistung
Stirnrad-Verspannungsprüfstände (a = 91,5 mm)
Anordnung von Prüfständen in Box mit Ölaggregaten sowie Prüfstandssteuerung
Stirnrad-Verspannungsprüfstand mit Vorgelege
Stirnrad-Verspannungsprüfstand mit Vorgelege zur Anpassung von Drehzahl und Drehmoment
Stirnrad-Verspannungsprüfstand (a > 91,5 mm)
Achsabstand: a = 112,5 mm, 140 mm, 200 mm
Modul: mn = 2 … 12 mm
Zahnbreite: b = 10 … 80 mm
Verspannmoment: T = 0 … 4000 Nm
Drehzahlen: n = 100 … 3000 1/min
Stirnrad-Dynamikprüfstand (a = 140 mm)
Forschungsthemen:
Dynamische Zusatzkräfte in Stirnradverzahnungen, Torsionsbeschleunigung im Radkörper, Körperschallmessung am Getriebegehäuse, Drehwegabweichung unter Last
Lastkollektiv-Verspannungsprüfstand
Aufbringung von Drehmoment mit hydrostatischer Verspannkupplung für Betriebsfestigkeitsuntersuchungen
FZG-Kleingetriebeprüfstand
Achsabstand: a = 7,5 … 58,8 mm
Modul: mn = 0,3 … 1,0 mm
Zahnbreite: b = 4,5 … 15 mm
Verspannmoment: T = 0 … 150 Nm
Drehzahlen: n = 100 …10000 1/min (stufenlos)
FZG-Innenverzahnungsprüfstand
Achsabstand: a = -59 mm
Modul: mn = 4,5 mm
Zahnbreite: b = 14 mm
Verspannmoment: THr = 0 … 6000 Nm
Umfangsgeschwindigkeit: v = 0.05 …10 m/s
Forschungsthemen:
Verschleiß-, Grübchen- und Graufleckentragfähigkeit
FZG-Dreiwellen-Prüfstand
Achsabstand: a = 65 ... 85 mm
Modul: mn = 1,5 … 4,5 mm
Zahnbreite: b = 10 … 30 mm
Verspannmoment: T = 0 … 700 Nm
Drehzahlen: n = 100 … 3000 1/min
Forschungsthemen:
Untersuchung von Zahnrädern mit variablem Achsabstand (z.B. Automotive)
FZG-Wirkungsgradprüfstand
Achsabstand: a = 91,5 mm
max. Kraftstufe: KSmax = 10, T1max = 372,6 Nm
Umfangsgeschwindigkeit: v = 0,5 … 20 m/s
Öltemperatur: ϑÖl = 30 … 120 °C
Forschungsthemen:
Verlustleistung, Wirkungsgrad, Wärmehaushalt und Reibungsverhalten von Schmierung (Tauch-/Einspritzschmierung) und Schmierstoffen, Verzahnungsgeometrien und Flankenoberflächen, Leerlaufverhalten
Hydraulischer Pulsator
Frequenzbereich: ca.10 … 60 Hz
max. dyn. Kraft: ± 25 ... ± 100 kN
max. Probenlänge: 20 … 100 mm
Temperierkammer: - 100 … + 350 °C
Forschungsthemen:
Statische und dynamische Festigkeitskennwerte durch Einstufen- und Lastkollektivversuche, z.B. Zahnfußfestigkeit geradverzahnter Stirnräder
Elektromagnetischer Hochfrequenz-Pulsator
Frequenzbereich: ca.30 … 150 Hz
max. dyn. Kraft: ± 50 ... ± 250 kN
max. Probenlänge: 200 … 1000 mm
Forschungsthemen:
Dynamische Festigkeitskennwerte durch Einstufenversuche, z.B. Zahnfußfestigkeit geradverzahnter Stirnräder
Mechanischer Resonanz-Pulsator
Frequenz: ca.35 Hz
max. dyn. Kraft: ± 200 kN
max. Probenlänge: 1000 mm
Forschungsthemen:
Dynamische Festigkeitskennwerte durch Einstufenversuche, z.B. Zahnfußfestigkeit besonders großer Stirnräder und Zahnstangen
FZG-Kegelrad-/Hypoidgetriebeprüfstandgetriebeprüfstand (mechanisch oder hydrostatisch verspannt)
Achsversetzungen: a = -15, 0, 15, 25, 31,75, 44 mm
Max. Prüfleistung: Pmax = 300 kW
Äußerer Radteilkreisdurchmesser: de2 = 170 mm
Drehzahlen: n1 = 100 …4800 1/min
Forschungsthemen:
Grübchen- und Graufleckentragfähigkeit, Fressen, Flankenbruch, Betriebsfestigkeit, Grundlagenuntersuchungen
FZG-Schneckengetriebeprüfstand (elektrisch verspannt)
Achsabstand: a = 40 mm, 65 mm, 100 mm, 160 mm
Antriebsdrehzahl: n1max = 3000 1/min
Abtriebsmoment: T2max = 400 Nm
Forschungsthemen:
Verschleiß- und Grübchentragfähigkeit, Fressen, Schmierstoff-/Werkstoffuntersuchungen, Wirkungsgrad, Drehzahl-/Lastkollektive
FZG-Schneckengetriebeprüfstand (hydrostatisch verspannt)
Achsabstand: a = 65 mm, 100 mm, 160 mm
Antriebsdrehzahl: n1max = 1500 1/min
Abtriebsmoment: T2max = 1800 Nm
Forschungsthemen:
Verschleiß- und Grübchentragfähigkeit, Fressen, Schmierstoff-/Werkstoffuntersuchungen, Wirkungsgrad, Drehzahl-/Lastkollektive
FZG-Schneckengetriebeprüfstand (hydrostatisch verspannt)
Achsabstand: a = 315 mm
Antriebsdrehzahl: n1max = 1500 1/min
Abtriebsmoment: T2max = 21000 Nm
Forschungsthemen:
Verschleiß- und Grübchentragfähigkeit, Fressen, Schmierstoff-/Werkstoffuntersuchungen, Wirkungsgrad, Drehzahl-/Lastkollektive
Standard-Synchronisations-Prüfstand (ZF / FZG SSP-180)
max. Reibmoment: TR = 400 Nm
max. Axialkraft: Fa = 4000 N
Trägheitsmoment: Kupplung Jk = 0,01 … 0,4 kgm²
Fahrzeug J0 = 1,75 kgm²
Differenzdrehzahl: Δn = 3000 (5000) 1/min
Forschungsthemen:
Reibungs-, Verschleiß- und Lebensdauerverhalten von Synchronisierungen, Schaltvorgänge, Lastkollektive
FZG-Schleppmoment-Prüfstand
Auflösung der Messwelle: 0,02 Nm
Drehzahl Welle K: nK = -6000 … 6000 1/min
Drehzahl Welle F: nF = -3000 … 3000 1/min
Forschungsthemen:
Schleppmomentverhalten von Synchronisierungen, Variation der Betriebsbedingungen (z.B. Öltemperatur ϑÖl = -20 … 120 °C)
Lamellenkupplungsprüfstand LK-1
max. Kupplungsreibmoment: Tmax = 1500 Nm
max. Drehzahl innen/außen: nI/A = 5000 1/min
Trägheitsmoment Schwungmasse: Js = 0,2 … 4 kgm2
max. Reibflächenaußendurchm.: dA,max = 400 mm
Forschungsthemen:
Reibungs- und Reibschwingverhalten, Losreiß- und Schlupfverhalten, thermischer Haushalt, Brems- und Dauerschlupfbetrieb
Kupplungs-Reibschwingprüfstand LK-2
max. Kupplungsreibmoment: Tmax = 1500 Nm
max. Schwungmassendrehzahl: ns,max = 3000 1/min
Trägheitsmoment Schwungm.: Js = 0,2 … 1,6 kgm2
max. Reibflächenaußendurchm.: dA,max = 250 mm
Forschungsthemen:
Reibungs- und Reibschwingverhalten, Losreiß- und Schlupfverhalten, thermischer Haushalt, Brems- und Dauerschlupfbetrieb
Lamellenkupplungsprüfstand LK-3
max. Kupplungsreibmoment: Tmax = 750 Nm
max. Schwungmassendrehzahl: ns,max = 5500 1/min
Trägheitsmoment Schwungmasse: Js = 5 kgm2
max. Reibflächenaußendurchm.: dA,max = 250 mm
Forschungsthemen:
Lastübernahmeverhalten, Lebensdauer, Verschleiß, Ölalterung, thermischer Haushalt, dyn. Schluckvermögen
Schleppmomentprüfstand Lamellenkupplungen LK-4
max. Schleppmoment: TR,max = 50 Nm
Drehzahlen: n1,2 = ± 11000 1/min
Reibflächenaußendurchm.: dA,max = 300 mm
Forschungsthemen:
Schleppverluste, Belag-/Nutvarianten, Beölung
Kupplungs-Lebensdauer-Prüfstand KLP-260
max. Reibmoment: TR = 2000 Nm
Axialkraft: Fa = 20 kN
Trägheitsmoment: J1 = 1,0; J2= 0,1 … 0,75 kgm²
Differenzdrehzahl: Δn = 7000 1/min
Forschungsthemen:
Reibungs-, Verschleiß- und Lebensdauerverhalten von Lamellenkupplungen und Synchronisierungen, Reibschwingverhalten, Schleppmoment, thermischer Haushalt, Bremsbetrieb, Lastkollektive
Wälzlagerverlustleistungsprüfstand
max. Motorleistung: Pmax = 15 kW
Kraft pro Lager: radial Fmax,rad = 125 kN
axial Fmax,ax = 80kN
Lagerdrehzahl.: nLager < 5000 1/min
Forschungsthemen:
Gesamtverluste (Lagerverluste), Lagerbelastungen
Mögliche Lagerarten:
Angestellte Lager: z.B. Schrägkugel-, Kegelrollenlager Radiallager: z.B. Rillenkugel-, Zylinderrollenlager
Wälzlagerschmierstoff-Prüfgerät FE-8
Drehzahl: n = 7,5 … 3000 1/min
Belastung axial: Fa = 100 … 100000 N
Temperaturbereich: ϑLager = 20 … 200 °C
Reibungszustände: Grenz- und Mischreibung
Forschungsthemen:
Reibungs-, Temperatur- und Verschleißverhalten von Schmierölen/-fetten unter schmierstoff- und lagerspezifischen Einflüssen
Zwei-Scheiben-Prüfstand
Achsabstand: a = 80 mm
Scheibendurchmesser: d = 80 mm
max. Normalkraft: FN.max = 16 kN
Geschwindigkeiten: v1/2 = 0 … ± 25 m/s
Forschungsthemen:
Tribologie-Grundlagenforschung; Untersuchungen zur Reibungszahl, Schmierfilmdicke und Wälzfestigkeit; Kontaktauflösende Messungen
EHD Tribometer
Normalkraft: FN = 5 ... 125 N
Mittlere Geschwindigkeit: vm = 0,001 ... 2 m/s
Schlupf: SRR = -199% ... 199%
Schmierstofftemperatur: ϑÖl = Umgebungstemperatur bis 150 °C
Forschungsthemen:
Tribologie Grundlagenforschung
Kontaktauflösende Untersuchungen zur Ausbildung und Ausprägung von Schmierfilmen
Validierungsgrundlage für TEHD Simulationen
Drei-Scheiben-Prüfstand
Achsabstand: a = 100 mm
Antriebsdrehzahl: n1max = 1500 1/min
Öleinspritztemperatur: ϑ = 25 …100 °C
Forschungsthemen:
Reibungszahlen, Einfluss von Geschwindigkeitsverhältnissen / Temperatur / Werkstoff / Schmierstoff auf lokale Reibungszahl
Universalprüfstand Antriebstechnik
Abmessungen Aufspannplatte: 2,6 m x 5,9 m
Leistung Lastmaschine: 27 … 160 kW
Übersetzung Anpassgetriebe: 5 … 10
Ausstattung: Abgasabsaugung, Anschluss an Prozesskühlkreislauf, Rapid Control Prototyping System
Forschungsthemen:
Betriebs-, Wirkungsgradverhalten v. Gesamtantriebssträngen, Kraftstoffverbrauchsuntersuchungen, Energiebilanz, Simulation realer Fahrwiderstände, Schaltvorgänge mit reib-/formschlüssigen Kupplungen