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.

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.