INGRANAGGI

All’FZG di Monaco, ricerca e formazione all’avanguardia

Il futuro degli ingranaggi secondo Karsten Stahl
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di Caterina Facioli –

L’FZG (Centro di ricerca su ingranaggi e trasmissioni) della Technische Universität di Monaco è un istituto ben conosciuto da oltre 60 anni nel settore ingranaggi e trasmissione di potenza. Percorsi di laurea, master e dottorato, costantemente aggiornati, consentono a chi lo frequenta di acquisire una preparazione valida e attuale in questo settore. Tutti i dettagli dalla voce di Karsten Stahl.

Un istituto ben conosciuto dai progettisti del settore ingranaggi e trasmissione di potenza, non solo tedeschi, da oltre 60 anni; questo è l’FZG, noto nei paesi di lingua inglese anche come Gear Research Center. Fondato nel 1951, presso l’Università tecnica di Monaco (Technische Universität München – TUM), dal professor Niemann, nel corso dei decenni si è guadagnato una prestigiosa reputazione a livello internazionale. Karsten Stahl, docente e direttore dell’istituto, è stato tra i relatori del Gear Forum svoltosi a Parma lo scorso marzo. Incontrarlo è stata l’occasione per conoscere meglio questa realtà nell’ambito della formazione universitaria, accanto alle tendenze presenti e future nel settore degli ingranaggi e delle trasmissioni di potenza.

«La continuità è, dal mio punto di vista, il principale punto di forza dell’FZG», ha commentato Karsten Stahl.

Karsten Stahl, docente e direttore dell’FZG di Monaco.

«I miei predecessori, il professor Winter e il professor Höhn, hanno mantenuto il percorso formativo iniziale come fulcro della scuola, aggiungendo gradualmente nuove materie. Oggi il settore della ricerca legata agli ingranaggi include la tribologia e l’EHL (lubrificazione elastoidrodinamica) sperimentale e teorica; argomenti come le frizioni a bagno d’olio e i sincronizzatori sono un’altra colonna portante dell’FZG. Nei prossimi anni continuerò a seguire questo percorso. L’FZG proseguirà sulla strada della ricerca facendo leva sulle sue componenti consolidate; questo significa che gli ingranaggi, di ogni tipo, resteranno il focus principale. Su aspetti di ricerca selezionati e fondamentali, potrebbero aggiungersi elementi derivati dalla mia esperienza, basata su dieci anni di attività maturata in diverse posizioni manageriali ricoperte in BMW».

Percorsi formativi in continua evoluzione

Nel corso dell’anno accademico 2008-2009, il sistema di lauree e master legato all’ingegneria meccanica si è evoluto, anche se si sono mantenuti i principali punti di forza e i vantaggi del precedente percorso formativo in ingegneria.

«Nel percorso di laurea in ingegneria meccanica alla TUM è fornita una solida base sugli argomenti più importanti come la matematica, la meccanica teorica e applicata, la scienza delle costruzioni, la costruzione di macchine, la meccanica dei fluidi, i materiali, l’elettrotecnica, la termodinamica, il controllo automatico, l’informatica, la fisica, la chimica e gli organi di macchine», ha spiegato Karsten Stahl. «Io personalmente considero la materia ‘Elementi di Macchine’ come un corso molto importante per gli studenti nel terzo e nel quarto semestre, non tanto perché è il corso tenuto da me, ma piuttosto perché è un percorso formativo che consente agli studenti di sperimentare il valore delle loro competenze di base quando saranno in grado di progettare macchine affidabili sulla base di una scelta corretta e secondo procedure consolidate dei loro componenti. Durante molte sessioni pratiche, inseriti in un piccolo gruppo, possono imparare a comunicare nel linguaggio degli ingegneri – con schizzi e disegni. Riceviamo feedback molto positivi dagli studenti, come per esempio il seguente: ‘questo è il motivo per cui ho deciso di studiare ingegneria meccanica’!»

Molti degli studenti di questo percorso di laurea proseguono negli studi, frequentando un master alla TUM. Qui possono seguire le loro preferenze e affinare i loro punti di forza scegliendo tra dieci diversi percorsi formativi.

«Gli speciali corsi del master offrono una immersione profonda in materie specifiche, valorizzando le competenze di base acquisite durante il corso di laurea», ha detto Karsten Stahl. «Gli studenti più meritevoli possono decidere di frequentare un dottorato presso uno degli istituti della facoltà. Il dottorato all’FZG si articola su tre pilastri: ricerca scientifica, insegnamento e applicazione industriale dello stato dell’arte scientifico. Un dottorato all’FZG impegna, in genere, circa 5 anni. Gli studenti di dottorato all’FZG godono di una reputazione molto elevata e sono molto richiesti dall’industria; generalmente trovano lavoro con molta facilità e sono ben retribuiti ».

Presente e futuro del settore degli ingranaggi

Ma quali sono, secondo il professor Stahl, le tendenze presenti e future della ricerca nel settore degli ingranaggi e delle trasmissioni di potenza?

«Gli ingranaggi costituiscono l’elemento cruciale di molte trasmissioni di potenza», afferma il professore. «La durata, il comportamento NVH (noise, vibration, harshness) e l’efficienza delle trasmissioni possono essere influenzati dai progettisti di ingranaggi e dai loro sistemi di lubrificazione. Sfortunatamente, le misure per migliorare la durata, l’NVH o l’efficienza, spesso sono in contrasto tra loro. La necessità di trovare un compromesso tra i diversi aspetti continua a essere attuale anche dopo decenni di ricerca sugli ingranaggi, ma la focalizzazione su ogni singolo elemento è cambiata nel corso degli anni, per soddisfare le richieste legate alle singole applicazioni, seguendo le tendenze più attuali. Oggi metodi di calcolo altamente sofisticati e appositi tool permettono di progettare accuratamente le proprietà degli ingranaggi di trasmissione relativamente alla durata, all’NVH e all’efficienza. La tendenza verso lo sviluppo di metodi più accurati per calcolare e ottimizzare le specifiche proprietà degli ingranaggi è tuttora in corso. Di conseguenza le caratteristiche di una trasmissione a ingranaggi possono essere ottimizzate rispetto alle singole applicazioni, e gli ingranaggi operano in condizioni di carico più elevato. Ingranaggi che lavorano più in prossimità dei propri limiti possono mostrare un differente comportamento di fatica (per esempio micropitting o flank-breakage in luogo del pitting) e ciò richiede attività di ricerca addizionali.

Nuove applicazioni, come motori elettrici a velocità elevata o ingranaggi in plastica, alternativamente rinforzati con fibre o multimateriale plastica-metallo, richiedono ricerche aggiuntive più evolute».

Karsten Stahl ha spiegato che la ricerca, per essere competitiva, richiede ricercatori eccellenti e attrezzature eccellenti. «Per questo – ha concluso il professore – daremo spazio a entrambi, mantenendo condizioni di lavoro e di studio eccellenti per i nostri collaboratori e aggiornando continuamente i nostri strumenti, le attrezzature per i test, i laboratori, i seminari organizzati e le soluzioni IT hardware e software».

Migliorare l’efficienza di un vagone passeggeri

La presentazione di Karsten Stahl, che i partecipanti al Gear Forum hanno potuto seguire e apprezzare, ha avuto lo scopo di descrivere gli interventi effettuati su uno specifico cambio manuale per autovettura finalizzati al miglioramento dell’efficienza. Anche se la trasmissione considerata corrispondeva già all’attuale stato dell’arte in questo settore, ha mostrato ulteriori potenzialità di miglioramento dell’efficienza complessiva. Questi sono gli elementi chiave che sono stati presi in considerazione nel corso dell’intervento: adattare la geometria degli ingranaggi per ottenere basse velocità di strisciamento, abbassare il livello dell’olio in accordo alle ridotte dissipazioni di calore, usare un lubrificante a viscosità più bassa e applicare una gestione termica finalizzata ad avere temperature più elevate già all’inizio del ciclo di utilizzo. Con queste misure si riescono a ottenere riduzioni delle perdite dovute agli ingranaggi nel nuovo ciclo di guida europeo (NEDC) del 30%. Ulteriori possibilità si possono intravvedere con una combinazione ottimale di lubrificante base e coating dei fianchi.

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