TERIS erreicht Meilenstein: Fraunhofer-Konsortium entwickelt neue Standards für Reifenabrieb-Analyse

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In dem Projekt »TERIS« haben die Fraunhofer-Institute ICT, IGD und IWM
unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und
Systemzuverlässigkeit LBF einen entscheidenden Meilenstein erreicht. Die
Expertenteams wollen Reifenabrieb erstmals standardisiert und praxisnah im
Labor erzeugen, analysieren und prognostizieren. Gemäß dem ersten
Meilenstein stehen Ergebnisse zu Referenzabrieb, Partikelanalytik,
tribologische Modelle, KI-basierte Oberflächenanalyse, Prüfstandskonzept
sowie Methoden zur Schnellalterung und VOC-Detektion bereit.
Reifenindustrie, Prüfdienste und Umweltbehörden profitieren künftig von
zuverlässigen, schnellen Laborverfahren für die Emissionsbewertung.

Das Projekt »Technologieplattform für Reifenabrieb und dessen
Emissionsidentifikation im Straßenverkehr TERIS« bringt die Entwicklung
von Reifen und Gummimischungen entscheidend voran. Mit Erreichung des
ersten Meilensteins und dem damit verbundenen Projektreview wurde der
erste wichtige Schritt positiv abgeschlossen. Dies bestätigte auch der für
diese Projekte übliche Beraterkreis, der mit Expertinnen und Experten aus
der Industrie besetzt ist.

Neue Standards für die Laboranalyse und Prognose von Reifenabrieb

Die Kombination unterschiedlicher Sammel- und Messverfahren erlaubt es,
sowohl schwebende als auch sedimentierende Partikelfraktionen genau zu
analysieren. Parallel wurden tribologische Modelle entwickelt, die den
Zusammenhang zwischen Belastungsparametern, Materialeigenschaften,
Oberflächenstruktur und Partikelbildung experimentell und theoretisch
beleuchten. Damit lassen sich reale Abriebprozesse gezielt im Labor
abbilden.

Eine auf Schnellalterung spezialisierte Prüfkammer ermöglicht es, Proben
gezielt und reproduzierbar unter Umweltstress vorzukonditionieren und so
auch den Einfluss auf das Abriebverhalten zu untersuchen.

Ein wichtiger Fortschritt ist die Entwicklung eines optischen
Erfassungssystems, das mittels künstlicher Intelligenz
Oberflächenstrukturen präzise erkennt und klassifiziert. Der Ansatz ist
bereits mit Ersatzmaterialien validiert und wird in der nächsten Phase auf
reale Gummiproben übertragen.

Das Konsortium hat außerdem ein Prüfstandskonzept entworfen, welches die
Erzeugung von Gummiabrieb unter multiaxialer Belastung, die gezielte
Partikelerfassung und die Integration optischer Sensorik in einem
Laboraufbau vereint.

Eine Kombination aus Bewitterung und chemischer Analyse der dabei
entstehenden flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) des Reifenabriebs
ermöglicht die Bewertung des Umwelteinflusses von Partikeln.

Die Ergebnisse schaffen die Basis für eine beschleunigte, praxisnahe und
fundierte Bewertung neuer Gummimischungen im Labor. Reifenhersteller,
Prüfdienste und Umweltbehörden erhalten damit Werkzeuge, die sie in die
Lage versetzen, Emissionen gezielt zu reduzieren, neue Produkte schneller
zu bewerten und die Anforderungen der Euro-7-Norm zu erfüllen.

Stichworte:
Reifenabrieb, Partikelanalyse, Prüfstandentwicklung, Materialentwicklung

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Detaillierte Informationen zu den Zwischenergebnissen:

Die Forschenden im Fraunhofer LBF haben das Grundkonzept für eine
Abriebmaschine entwickelt, die realitätsnahen Reifenabrieb an Gummiproben
erzeugt und sammelt. Verschiedene Prüfstandtypen wurden analysiert und
Anforderungen aus realen Fahrdaten auf Laborbedingungen übertragen. Das
Maschinenkonzept ermöglicht die Einstellung von verschiedensten
Parametern, um den Reifenabrieb zu beeinflussen. Die Partikelerfassung und
Erkennung werden aus anderen AP’s übernommen.  Um das
Degradationsverhalten des Reifenabriebs unter Umweltbelastung zu
analysieren, wird eine Methodik zur Bewitterung des Abriebs entwickelt.
Damit können flüchtige organische Verbindungen (VOC) unter UV-Einfluss
gesammelt und nachgewiesen werden. Die Messmethodik wird weiter optimiert,
um Identifizierung und Quantifizierung der VOC zu ermöglichen. Beide
Arbeitspakete schaffen zentrale Grundlagen für Bewertung und
Standardisierung.

Am Fraunhofer IGD steht die intelligente Analyse der entstehenden
Abriebpartikel im Mittelpunkt. Die Forschenden entwickeln ein optisches
Erfassungssystem, das Oberflächenstrukturen von Reifenabrieb mithilfe
künstlicher Intelligenz automatisch erkennt, charakterisiert und
klassifiziert. Ziel ist es, Partikelmerkmale reproduzierbar auszuwerten
und Unterschiede zwischen verschiedenen Gummimischungen sowie
Verschleißzuständen objektiv sichtbar zu machen. Die Kombination aus
moderner Bildverarbeitung, KI und automatisierter Oberflächenanalyse
schafft eine wesentliche Voraussetzung für standardisierte Laborverfahren.
Erst durch die zuverlässige digitale Auswertung lassen sich neue
Reifenmaterialien effizient vergleichen, Abriebprozesse nachvollziehbar
bewerten und Prognosemodelle für zukünftige Emissionen entwickeln. Das am
Fraunhofer IGD entwickelte Analysesystem wird in der nächsten Projektphase
auf reale Gummiproben übertragen und in den TERIS-Prüfstand integriert.

Am Fraunhofer IWM wurde der Fokus auf Präzisierung von tribologischen
Abriebmodellen und Konzepten zur Reibflächenentwicklung gelegt, mit denen
die Bildung von Partikeln zur Referenz abgebildet aber auch verändert
werden kann. Hierfür wurde eine tribologisch parametrierbare Abriebprüfung
an Plattenmaterial ausgelegt, gegen die Modellreibflächen
unterschiedlicher statistischer oder auch parametrischer Struktur gerieben
werden. Der Fokus dieser Arbeiten liegt auf dem Verständnis der Erzeugung
einer Partikelemission wie für Reifen auf der Straße nur eben ohne
rollenden Reifen und ohne eine Straßenoberfläche. Je nach Belastung
konnten Schmierschichten, aufgerollte Partikelagglomerate, sedimentierende
Partikel aber eben auch schwebende Partikel bzw. Feinstaub erhalten
werden. Erste Ergebnisse bestätigen, dass mehrere Mechanismen und daher
keine lineare Abhängigkeit der Partikelemission in Menge und Partikelgröße
zu Geschwindigkeit, Anpresskraft und Temperatur zu erwarten sind. Alle
Partikelgrößen konnten gesammelt und analysiert werden.