Methoden & Prozesse

ZF gehört zu den innovativsten Unternehmen in Deutschland. Auf den folgenden Seiten geben wir Ihnen einen Einblick in unsere Forschungsaktivitäten und Entwicklungsprozesse.

Simulation und Prüfverfahren

Für ein Plus an Sicherheit und Komfort

Gesamtfahrzeug-Simulation
Neben Funktionsanalysen und Finite-Elemente-Berechnungen ist die dynamische Simulation ein wichtiger Baustein. Die komplexen Zusammenhänge zwischen Schwingungssystemen, Fahrwerk und Fahrerhauslagerung bei einem Lkw erfordern eine gesamtheitliche Betrachtung zur optimalen Auslegung der kinematischen Parameter.

Belastungssimulation auf der Vierstempel-Anlage
Eine breite Palette an modernsten Prüfeinrichtungen für Funktions- und Dauerlaufuntersuchungen steht für die Erprobung aller Fahrwerkkomponenten zur Verfügung. Der multiaxiale Achsprüfstand und die Vierstempel-Anlage ermöglichen Betriebslastensimulationen an der Fahrzeugachse bzw. am Komplettfahrzeug.

Schaltungen auf dem Prüfstand
Der Wählhebel automatischer Getriebe soll dem Fahrer ein angenehmes Handling mit hohem Komfort vermitteln. Der Kraftwiderstand bei der Bewegung des Hebels wird so eingestellt, dass er für den Fahrer spürbar ist und über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs konstant bleibt.

Modernste Werksstoffe

Gewicht reduzieren, Stabilität erhöhen

Werkstoffeigenschaften sind entscheidende Kriterien für den Fortschritt hinsichtlich Leistung und Qualität von ZF-Produkten. Um für jeden Einsatzzweck das richtige Material festzuschreiben, kommen digitale Analyse- und Auswertungsverfahren zum Einsatz.

Jedes Gramm weniger ist ein Fortschritt
Innerhalb des zur Verfügung stehenden Bauraums entwickeln Ingenieure mit Hilfe von Optimierungsprogrammen systematisch Bauteile mit maximaler Steifigkeit und minimalem Gewicht. Auf Basis eines Berechnungsmodells wurde zum Beispiel die optimale Gestalt dieses Getriebedeckels realisiert.

Stabiler Schmierstoff macht Ölwechsel überflüssig
Um die Ressourcen zu schonen, werden die Ölwechsel vieler Aggregate schrittweise verlängert - bis hin zur Lebensdauerschmierung. Durch systematische Analyse in allen Erprobungsstufen gewinnt ZF genaue Kenntnis über Eigenschaftsänderungen der Schmierstoffe und deren Auswirkungen auf das Gesamtsystem.

Leichtbau
Von Fahrwerkkomponenten wie z.B. Querlenkern hängen Fahrverhalten und Fahrstabilität ab. Zur Gewichtsreduktion verwendet ZF Bauteile in Aluminium-und Blechausführung. Moderne Berechnungsmethoden garantieren ein günstiges Gewicht und eine zuverlässige Gestaltung der Bauteile und Systeme.

Umweltschonende Produktionsprozesse
Gas-Abschreckprozesse werden bei ZF zunehmend in der Wärmebehandlung eingesetzt. Das Einsparen der bisher zum Abschrecken und Waschen benötigten Flüssigkeiten entlastet die Umwelt und die Bauteile können ohne Waschen sofort weiterbearbeitet oder verbaut werden. Untersuchungen auf der Verfahrens- und Werkstoffseite sichern die Qualität.

Elektronische Steuerungen

Die Grundlage intelligenter Techniken

Kommunikation der Systeme
Elektronisch gesteuerte Antriebsstrang- und Fahrwerksysteme tauschen im Fahrzeugnetzwerk kontinuierlich Informationen wie Sensordaten und Steuerbefehle aus. Beispielsweise kommuniziert die elektronische Getriebesteuerung mit der Motor- und der Bremsensteuerung. Die ZF-Entwickler simulieren das Verhalten des gesamten Antriebsstrangs und des Fahrwerks, um die übergreifenden Funktionen zu optimieren und zu prüfen. So sind durch das abgestimmte Zusammenwirken von Elektronik, Hydraulik und Mechanik Schaltvorgänge kaum spürbar.

Vom Modell zum virtuellen Prototyp einer Getriebesteuerung
Der virtuelle Prototyp gestattet die Simulation der softwaretechnischen Steuerungsfunktionen am Gesamtfahrzeugmodell, ohne dass ein reales Fahrzeug existiert. Antriebsstrang- und Fahrwerkfunktionen werden virtuell am Rechner entwickelt. Mit Rapid Prototyping werden diese Funktionen dann mit Hilfe einer speziellen Hardware im realen Fahrzeug weiter getestet und optimiert. So können z. B. für Automatgetriebe die Qualität der Funktionen von Steuer- und Regelsystemen sichergestellt werden. Aufgrund der Vielzahl von Kundenfahrzeugen und deren unterschiedlichen Anforderungen werden deshalb jährlich über 200 verschiedene Softwarestände für Steuerungssysteme entwickelt.

Mechatronische Systeme

Assistenzfunktion für höhere Sicherheit

Neue Funktionen durch integrierte mechatronische Systeme: In diesen Systemen sind neue Ansteuerungskonzepte für Aktuatoren und neue Verfahren zur Auswertung von Sensorsignalen in das Elektronikbauteil integriert.

Neue Funktionen durch integrierte mechatronische Systeme
Die räumliche und funktionelle Integration von Sensoren, Aktuatoren und signalverarbeitender Elektronik ermöglicht neue optimierte Systemfunktionen. Dadurch können mechanische Bauteile zum Teil entfallen. Beispiele sind die geregelte Lastübernahme und das Shift-by-Wire im Automatgetriebe. Bei den Lenksystemen werden hydraulische Servosysteme durch eine elektromotorische Lenkkraftunterstützung mit überlagertem Lenkwinkel ersetzt. Neben der Komfortsteigerung und der Wirkungsgradoptimierung ergeben sich durch die elektronische Steuerung neue Bedienkonzepte für die Mensch-Maschine-Schnittstelle und aktive Eingriffsmöglichkeiten zur Erhöhung der Sicherheit.

Intelligente Module und Systeme
Assistenzsysteme helfen dem Fahrer, kritische Situationen sicher zu beherrschen. Unter Beachtung der Fahrdynamik, der äußeren Bedingungen und der Aktionen des Fahrers regeln die Assistenzsysteme ständig Antrieb, Lenkung und Fahrwerk. Ein großes Potenzial zur Steigerung der Fahrsicherheit bieten selbstregulierende ZF-Aggregate. Die Grundlage dafür liefert eine intelligente Regel- und Steuerungssoftware in Kombination mit hochmoderner Sensorik und Aktuatorik.

Virtuelle Produktentwicklung

Von der ersten Idee bis zur Serienausführung

Bei der virtuellen Produktentwicklung simulieren die Ingenieure das Verhalten der Komponenten und Systeme unter den verschiedenen Betriebsbedingungen und optimieren die Bauteile, bevor diese in die Prototypenphase überführt werden. Die Prototypen einzelner Komponenten werden zunächst allein getestet. In einem weiteren Testschritt wird der Prototyp dann in das System am Prüfstand integriert und letztendlich im Gesamtsystem Fahrzeug getestet.

3-D Modelle als Basis für den virtuellen Prototyp
Mit 3D-CAD-Programmen konstruieren die ZF-Entwickler Bauteile und Aggregate direkt in funktions- und prozessgerechter Darstellung. So erfolgt die Gestaltung der Bauteile Hand in Hand mit der rechnergestützten Planung von Fertigungs-, Prüf- und Montageprozessen. Ebenfalls rechnergestützt ist die Simulation von Funktion und Belastung.

Bauteiloptimierung am Computermodell
Mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) werden die Beanspruchungen einzelner Bauteilvarianten berechnet. Im Bild ist die höchstbeanspruchte Stelle eines Gehäuses als roter Bereich erkennbar. Auf dieser Basis können durch Optimierung der Geometrie Spannungsspitzen vermieden und die Lebensdauer erhöht werden.

Fahrzeugsimulation
Damit schon vor der Realisierung von Hardware auch Aussagen zu Verbrauch und Fahrleistung eines neuen Getriebekonzepts vorliegen, simuliert ein Softwaretool für jedes Fahrzeugkonzept die Auswirkungen unterschiedlicher Fahrstrategien oder Getriebeauslegungen.

Messwerte unter realen Bedingungen
Auf dem Prüfstand werden reale Bedingungen abgebildet und Lastkollektive nachgefahren sowie Messungen am Fahrzeug während des Betriebs durchgeführt. In der Regel werden die experimentellen Ergebnisse mit Berechnungsergebnissen verglichen, um Entwicklungszeiten einzusparen. Die Erkenntnisse fließen in die Weiterentwicklung der laufenden Serie ein.

Optimale Verzahnung

Für höchste Laufruhe und Lebensdauer

Virtuelle Analyse von Verzahnungen
Die Simulation der Spannungen und Verformungen von Zahnrädern dient der weiteren Verbesserung des Abwälz- und Anregungsverhaltens und somit zur Steigerung der Übertragungsfähigkeit, Laufruhe und Lebensdauer.

Zahnrad am Pulsator
Die mechanische Belastbarkeit des Zahnfußes wird auf Einflüsse wie zum Beispiel von Fertigungsverfahren, Werkstoff und Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Belastungsstufen geprüft.

Komfortsteigerung durch Geräuschminimierung
Zur Analyse und Vermeidung von Geräuschen im Antriebsstrang nutzt ZF spezielle Akustikprüfstände. Dadurch können die ZF-Entwickler mit modernsten rechnergestützten Methoden die Geräusche analysieren und konstruktive Maßnahmen zur Geräuschminderung des Antriebsstrangs einleiten.

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