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