Prüfung von Rädern, Felgen und Reifen
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.
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Prüfung von Reifenkomponenten
Die Reifen-Prüfung stellt aufgrund ihrer komplexen Materialzusammensetzung besondere Herausforderungen dar. Reifen bestehen aus einer Kombination von Gummimischungen (aus Natur- oder Synthesekautschuk, Ruß und verschiedenen Additiven) und eingebetteten Gewebeeinlagen (Verstärkung aus Stahl- oder Textilcord). Die Kombination dieser Materialien führt zu anisotropem Verhalten, insbesondere unter mechanischer Belastung.
Die unterschiedlichen Materialien und ihre Wechselwirkungen erfordern spezifische Prüfmethoden, um Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Delaminationsverhalten und rheologische Eigenschaften zu bestimmen. In diesem Bereich werden bei Raum- und bei typischen Umgebungstemperaturen von -70 bis +250 °C u. a. folgende Versuche durchgeführt:
- Zugversuche nach ISO 37 und ASTM D412 und Weiterreißversuche nach ISO 34 und ASTM D624 an Elastomeren mit verschiedenen Probenformen.
- Härte-, Rückprall- und Abriebversuche an Elastomeren
- Ausreißversuch von Stahl- und Textilkorden aus Elastomerlagen
- Zugversuche an Stahl- und Textilkorden Automatisierte Probenzuführung aufgrund der großen Probenmenge bei der Entwicklung neuer Compounds
- Ermittlung viskoelastischer Eigenschaften
Steifigkeit von Autoreifen unter variablem Reifenluftdruck
Die Ermittlung der Steifigkeit von Automobilreifen erfolgt durch die Messung der Kraftverhältnisse unter vertikaler und horizontaler Belastung sowie einem variablen Reifenluftdruck.
Dazu wird eine 50 kN Material-Prüfmaschine AllroundLine mit einer horizontalen Lineareinheit und einer Mehrkomponenten-Kraft-Mess-Plattform auf der unteren Festtraverse kombiniert. Mit der entsprechenden Prüfvorschrift der Prüfsoftware testXpert werden die gewünschten Prüfungen unter vertikaler und horizontaler Belastung mit unterschiedlichem Reifendruck durchgeführt und ausgewertet.
Prüfung von axialen Verformungen des Felgenhorns
Zur Ermittlung der Steifigkeitseigenschaften werden am Felgenhorn Druckversuche mit einem speziellen Druckdorn durchgeführt. Eingesetzt wird hierzu eine Stand-Prüfmaschine mit einer nach vorne auskragenden, höheneinstellbaren T-Nuten-Traverse. Die Felgen können dadurch in ergonomisch günstiger Höhe in den Prüfraum eingebracht und fixiert werden. Der Kraftaufnehmer gewährleistet die exakte Messung der Axialkraft, auch wenn aufgrund der geometrischen Form der Felge Seitenkräfte auftreten. Durch seine spezielle Bauweise und Anordnung kann der Kraftaufnehmer für Messungen im oberen und unteren Prüfraum der Maschine eingesetzt werden.
Ermittlung von vollflächigen Verformungen an einer Leichtbau-Felge
Bei der Ermittlung von vollflächigen Verformungen an einer Leichtbau-Felge wird die axiale bzw. radiale Achslast durch einen elektromechanischen Prüfzylinder variabel aufgebracht und das Verformungsverhalten mittels eines optischen 3D-Verformungsmesssystems erfasst. Die daraus resultierenden Dehnungsergebnisse geben Auskunft über mögliche Schwachstellen im Bauteil.
Härteprüfung an Aluminiumfelgen
Felgen unterliegen im Fahrbetrieb hohen mechanischen und thermischen Belastungen, die eine hohe Festigkeit und Dauerfestigkeit des Werkstoffs erfordern. Die werkstofftechnischen Eigenschaften von Aluminiumfelgen werden maßgeblich durch die Legierungszusammensetzung, das Herstellverfahren (z. B. Niederdruckguss, Schmieden) sowie durch thermomechanische Nachbehandlungen beeinflusst.
Zur Charakterisierung der erzielten Werkstoffeigenschaften wird die Härteprüfung als zerstörungsarmes Prüfverfahren eingesetzt. Sie dient der Sicherstellung gleichbleibender mechanischer Kennwerte über verschiedene Chargen und Produktionslose hinweg. In der Praxis kommt dabei vorrangig das Brinell-Härteprüfverfahren gemäß ISO 6506 bzw. ASTM E10 (z. B. HBW 2,5/62,5) zum Einsatz – insbesondere zur Prüfung an hochbelasteten Bereichen wie Felgenbett, Speichenstruktur sowie dem Felgenstern bzw. dem Radanschlussflansch.
Für die Untersuchung der Homogenität und Eindringtiefe der Wärmebehandlung sowie zur Ermittlung von Härteverläufen kann ergänzend das Vickers-Verfahren nach ISO 6507 eingesetzt werden. Die Prüfung erfolgt abhängig von der Prüfumgebung manuell in der Fertigungsüberwachung oder automatisiert im Rahmen inlinefähiger Prüfsysteme.
Für die umfassende Härteprüfung von Felgen ist der ZwickRoell Universalhärteprüfer VisionLine die beste Wahl.
Prüfung von Scheibenbremsbelägen
Scheibenbremsbeläge sind mit der wichtigste Bestandteil einer Radbremse. Um die Qualität dieser Beläge beurteilen zu können, bestimmt man u. a. die Belagdickenänderung durch eindimensionale Druckbelastung in Richtung der Reibflächennormalen der Scheibenbremsbeläge.
Für diese Aufgabe werden ZwickRoell Material-Prüfmaschinen mit einer Druckvorrichtung mit integriertem Messsystem ausgestattet. Die Messung der Verformung erfolgt über drei Messtaster, welche auf einem Teilkreis um 120° versetzt angeordnet sind. Die Druckeinleitung wird über ein adaptiertes Kolbenersatz-Druckstück mit kreisförmiger Krafteinleitung realisiert. Durch die flexible Aufhängung des Druckstückes erfolgt ein exakt paralleles Auflegen auf den Scheibenbremsbelag. Hierdurch ist eine absolut gleichmäßige und homogene Druckeinleitung gewährleistet. Die Prüfposition des Druckstempels verläuft durch die Mittelachse des Flächenschwerpunktes des Scheibenbremsbelages. Die Prüfvorrichtung ist sowohl für einteilige als auch geteilte Scheibenbremsbeläge geeignet.
Härteprüfung an Bremsscheiben
Bremsscheiben gehören zu den sicherheitsrelevanten Bauteilen im Fahrwerksbereich und unterliegen im Betrieb extremen thermischen und mechanischen Belastungen. Um ein stabiles Reibverhalten, geringe Rissanfälligkeit sowie eine ausreichende Verschleißbeständigkeit sicherzustellen, werden in der Serienfertigung überwiegend Gusslegierungen (GJL) oder auch Verbundwerkstoffe (z. B. Guss-Aluminium-Hybride oder CMCs) eingesetzt.
Härteprüfung wird als zerstörungsarmes Prüfverfahren zur Überprüfung der Materialqualität von Bremsscheiben eingesetzt:
- Für Gussbremsscheiben ist das Brinell-Verfahren gemäß ISO 6506 das etablierte Standardverfahren. Die Prüfungen erfolgen insbesondere im Reibring sowie im Nabenbereich der Scheibe. Typische Prüfkräfte liegen im Bereich von HBW 2,5/187,5 bis HBW 10/3000 – abhängig von Materialstärke, Materialgefüge und Spezifikation. Ergänzend wird das Vickers-Verfahren nach ISO 6507 zur Beurteilung des perlitischen Lamellengefüges verwendet, um Rückschluss auf die Verschließfestigkeit der Bremsscheiben zu erhalten.
- Bei beschichteten oder wärmebehandelten Bremsscheiben, etwa bei High-Carbon-Guss oder lasergehärteten Varianten, kann zusätzlich das Vickers-Verfahren nach ISO 6507 zur Beurteilung des perlitischen Lamellengefüges verwendet, um Rückschluss auf die Verschleißfestigkeit des Materials zu erhalten.
- OEM-Spezifikationen und branchenspezifische Standards wie die SAE J431 (für Grauguss) oder unternehmensinterne Normen definieren die zulässigen Härtebereiche und die Art der Durchführung. In der Serienfertigung erfolgt die Prüfung in der Regel manuell oder teilautomatisiert, bei Hochvolumenanwendungen zunehmend auch inline integriert im Rahmen digitaler Prozesskontrollen.
Für die umfassende Härteprüfung an Bremsscheiben ist der ZwickRoell Universalhärteprüfer VisionLine die richtige Wahl.
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