Automotive Testing

Das Chassis eines Fahrzeugs ist entscheidend für die Gesamtsicherheit, die Fahrstabilität, Fahrkomfort und Kraftstoffeffizienz – und stellt durch den Wandel zur Elektromobilität neue Herausforderungen an die Prüfung. 

• Ein Schlüsselthema ist die Prüfung von großen Gussstrukturbauteilen (Mega Castings). Diese Fahrwerk-Druckgussteile reduzieren die Anzahl der Bauteile in einem Fahrzeug erheblich und somit auch die Komplexität in der Produktion. Neue Technologien erlauben dünne Wandstärken und eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts. Bei der Erstarrung dieser großen Bauteile kann es zu Fehlern wie Lufteinschlüssen oder Rissen kommen. Da es sich um Strukturbauteile handelt, unterliegen diese den höchsten Sicherheitsstandards, was eine umfangreiche Prüfung unverzichtbar macht. Die Herausforderung bei der Prüfung ist, dass die Bauteile sehr komplexe Geometrien haben, es jedoch notwendig ist, Flachzugproben zu entnehmen und somit nur sehr kleine Probengeometrien möglich sind. Zur Durchführung dieses Minizugversuchs bietet ZwickRoell spezielle kurzspannende Hydraulik-Probenhalter für Minizugproben aus Megacastings, die den Herausforderungen beim Spannen und der Gewährleistung einer präzisen Messung gewachsen sind. Flachzugproben sind notwendig, da Rundproben fräsend bearbeitet werden müssten, was zum Abtrag der äußeren Schicht führt, die jedoch entscheidend für die Bewertung der Qualität des Gussteils ist.
• In Verbindung mit Stoßdämpfern wirken Tragfedern als Dämpfungselemente zwischen Fahrwerk und Karosserie und sind entscheidend für den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit moderner Fahrzeuge. Insbesondere bei E-Autos gewinnt die Prüfung von Federn & Dämpfern zusätzlich an Bedeutung, um das Fahrverhalten optimal auf das zusätzliche Gewicht von Batteriesystemen anzupassen. Für automobile Anwendungen werden bevorzugt Schraubenfedern eingesetzt. Das Federprüfsystem von ZwickRoell zeichnet sich durch eine einzigartige multi-axiale Messplattform mit bis zu neun Kraftsensoren aus, die neben axialen Kräften auch Querkräfte und Kraftwirkungslinien hochpräzise erfassen und sämtliche Federkennwerte – einschließlich Durchstoßpunkte, Federrate, Blockkraft und Hüllkreis – automatisiert und normgerecht bestimmen.
• Räder im Automobilbereich bestehen aus Stahl-, Leichtmetall oder Composite-Werkstoffen und dem zugehörigen Reifen. Der Reifen ist ein komplexer Verbundkörper aus Materialien unterschiedlichster physikalischer Eigenschaften. ZwickRoell-Prüfsysteme werden zur Ermittlung der quasi-statischen und dynamischen Eigenschaften von Rädern, Felgen und Reifen eingesetzt. Dies reicht von Standardversuchen an Gummi, Textilien und Drähten bis hin zu Prüfungen am Gesamtsystem Rad/Felge/Reifen.

Metalle spielen eine zentrale Rolle im Automobilbau – sorgen für Stabilität, Sicherheit und Langlebigkeit und sind gut verarbeitbar. Von hochfesten Stählen und Aluminiumlegierungen für den Leichtbau bis hin zu komplexen Guss- und Schmiedebauteilen müssen metallische Werkstoffe höchsten Belastungen standhalten.  

• Die Basis für die Bewertung und Charakterisierung stellen Zugversuchen an Metallen nach ISO 6892-1 bzw. ASTM E8 mit r-Wert und n-Wert Ermittlung dar. Hier werden die grundsätzlichen Festigkeitswerte von Feinblech analysiert.
• Darüber hinaus spielen im modernen Karosseriebau die Prüfverfahren der Blechumformung und der VDA 238-100 Plättchen-Biegeversuch eine wichtige Rolle, um die Materialien bestmöglich einzusetzen.
• Bei einem Unfall kommt es zu extrem hohen Dehnraten, u.a. in der Fahrzeugkarosserie. Um die Sicherheit und Crash-Performance der verwendeten Werkstoffe und Komponenten präzise bewerten und optimieren zu können, muss das Verhalten unter diesen Bedingungen bekannt sein. Die dafür erforderlichen Kennwerte liefern Schnellzerreißversuche auf Hochgeschwindigkeitsprüfmaschinen der Serie HTM.
• Darüber hinaus ist die Risszähigkeit KIc ein zentraler Kennwert zur Beurteilung der Bruchfestigkeit metallischer Werkstoffe. Sie beschreibt den Widerstand gegen Risswachstum und wird nach Norm ASTM E399 an einer vordefiniert eingerissenen Probe ermittelt.

ZwickRoell bietet alle erforderlichen Prüfverfahren zur Kalibrierung gängiger Material- und Versagensmodelle und unterstützt so die Entwicklung sicherer und leistungsstarker Fahrzeugstrukturen. 

Steigende Leichtbauanforderungen und neue Anforderungen aufgrund der Elektrifizierung von Fahrzeugen führen zu einem zunehmenden Einsatz von Kunststoffteilen im Automobilbau. Dies bringt neue Herausforderungen mit sich, da für Simulationen – etwa bei Crashsimulationen – nun auch für Kunststoffe geeignete Materialmodelle entwickelt werden müssen.

Neben den klassischen statischen Kunststoff-Materialcharakterisierungen gewinnen auch Hochgeschwindigkeitsprüfungen wie Schnellzerreißversuche und Durchstoßversuche zunehmend an Bedeutung, um das Verhalten der Kunststoffe unter extremen Bedingungen zu testen. Darüber hinaus spielen Ermüdungsversuche an Kunststoffen eine immer größere Rolle, um die langfristige Belastbarkeit von Kunststoffen und deren Verbindungen zu gewährleisten. CAMPUS (Computer Aided Material Preselection by Uniform Standards) ist ein Netzwerk von Werkstoffherstellern, das durch einheitliche Prüfstandards die Vergleichbarkeit von Prüfergebnissen verbessert – und so auch eine Basis für die Normung von Kunststoff-Ermüdungsversuchen im Karosseriebau schafft; ZwickRoell ist hier aktiv beteiligt und dementsprechend mit den Prüfverfahren immer am Stand der Technik.

Die mechanische Materialprüfung von Motor- und Antriebskomponenten ist essenziell, um die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Verbrennungsmotoren und Antriebssträngen sicherzustellen. Bauteile wie Pleuelstangen, Kurbelwellen, Ventilfedern und Kupplungen sind während des Betriebs hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt und müssen daher strengen Prüfungen unterzogen werden. Diese Prüfungen umfassen unter anderem Ermüdungstests, Härteprüfungen und Torsionsprüfungen, die dazu beitragen, die Lebensdauer und Sicherheit der Komponenten zu gewährleisten. ZwickRoell bietet hierfür standardisierte und maßgeschneiderte Prüflösungen, die den spezifischen Anforderungen der Automobilindustrie gerecht werden.

Von der Komfortprüfung an Autositzen über Betätigungsversuche an Schaltern und Tastern bis hin zur Kraft-Weg-Charakteristik an Magnetventilen oder die mechanische Prüfung von Airbag- und Gurtsystemen – ZwickRoell bietet präzise Prüflösungen für die vielfältigen Anforderungen im Fahrzeuginnenraum. Damit Komfort, Funktion und Sicherheit serienreif geprüft werden können.