Forschung

Reibungs- und Kontaktmechanik

Der Fahrzeugreifen bildet die Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Fahrbahn und leitet die Radlasten sowie die Längs- und Querkräfte aus dem Fahrwerk in die Bodenaufstandsfläche ein. Aufgrund der hohen Bedeutung für die Fahrsicherheit nimmt der Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn mittlerweile ein Forschungsgebiet für sich ein. Besonders dem Reibverhalten von einzelnen Profilsegmenten oder einzelnen Profilblöcken wird in der aktuellen Forschung verstärkt Aufmerksamkeit zuteil. Das Reibverhalten solcher Systeme wird wiederum von einer Vielzahl von Einflussgrößen bestimmt. Die Steifigkeits- bzw. Dämpfungseigenschaften des Laufstreifenmaterials, der lokale Kontaktdruck, die Rauheitseigenschaften der Fahrbahn, der Zustand der Fahrbahn und auch die Profilgestaltung bestimmen den Kraftschluss und haben wesentlichen Einfluss beispielsweise auf den Bremsweg oder die maximale Querbeschleunigung. Die vom Kunden geforderten Produkteigenschaften wie geringer Rollwiderstand, günstiges Verschleißverhalten und guter Nassgriff können weiterhin durch eine entsprechende Mischungsgestaltung in Hinblick auf Materialsteifigkeit und -dämpfung optimiert werden.

Fahrversuche zur Untersuchung des Reifenverhaltens sind sowohl zeitlich als auch finanziell sehr aufwändig. Sie sind zur Beurteilung des Reifenverhaltens jedoch unerlässlich. Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ist ein kritischer Aspekt, insbesondere wenn die Versuchsreihe nicht an einem einzigen Tag zu bewältigen ist. Die Umgebungsbedingungen sind selbst im Laufe eines Tages bei weitem nicht konstant. Aus diesem Grund stellen Versuche im Labor unter reproduzierbaren Bedingungen eine sinnvolle Ergänzung zu Reifenfahrversuchen dar. Bezüglich des dynamischen Reib- oder Verschleißverhaltens ist es grundsätzlich nicht immer notwendig, den gesamten Reifen zu testen. In diesem Anwendungsgebiet geben Untersuchungen von einzelnen Profilblöcken, die auf Reiboberflächen geprüft werden, ausreichend genaue Ergebnisse für den Vergleich mit einer Referenzkonfiguration. Oftmals bieten experimentelle Reibuntersuchungen mit einzelnen Profilblöcken oder kleinen, lokalen Proben sogar einen tieferen Einblick in die komplizierten Reib -oder Verschleißmechanismen als Untersuchungen am gesamten Reifen.

Finite-Elemente-Methode

Der moderne Produktentwicklungszyklus erfordert eine vollständige Vernetzung der einzelnen Prozessschritte. Die Methode der Finiten Elemente (FEM) zur strukturmechanischen Berechnung kann hier sinnvoll bereits in der frühen Phase der Produktentwicklung eingesetzt werden.

Hierzu zählen beispielsweise die vollständige und eindeutige Übergabe des Datenmodells aus dem CAD-Programm und dessen simulationsgerechte Aufbereitung. Die FEM-basierte Optimierung von Bauteilstrukturen in Hinblick auf Materialeinsatz, Steifigkeit oder Festigkeit erlaubt bereits in einem frühen Stadium die Einkopplung von FEM-Berechnungen in den Produktentstehungsprozess. Ein weiteres Schwerpunktthema bildet die experimentelle und FEM-basierte Untersuchung von Reibungs- und Kontaktvorgängen bei rauen Oberflächen. Die vorgenannten Aspekte bilden den Arbeitsschwerpunkt des Fachgebiets FEM.