Die Europäische Union verständigte sich bereits am 18. Dezember 2023 auf die Schadstoffnorm Euro-7, mit der ab Ende 2026 auch Grenzwerte für Brems- und Reifenabrieb eingeführt werden sollen. Ziel ist es, Mikroplastik-Emissionen weiter einzudämmen. Denn nach Angaben des ADAC beläuft sich allein der jährliche Reifenabrieb in der EU auf rund 500.000 Tonnen. Für Deutschland schätzt das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) die Menge an Reifenabrieb auf jährlich 60.000 bis 100.000 Tonnen. Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken, leitete das Fraunhofer-Institut mit dem Forschungsprojekt TERIS bereits ein Projekt in die Wege, das die Entwicklung umweltfreundlicherer Reifenmaterialien zum Ziel hat. Mit dem Forschungsprojekt SUMERA (Simulationsmethoden zur Untersuchung von Feinstaub- und Mikroplastikemissionen durch Reifenabrieb) will das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM nun ein digitales Modell entwickeln, das Reifenabrieb umfassend simulieren und Emissionen vorhersagbar machen soll.
Die Simulation soll es ermöglichen, Einflüsse aus der individuellen Fahrweise, dem Reifenprofil und der Gummimischung sowie dem Fahrbahnbelag präzise zu berechnen und die Verteilung der entstehenden Partikel im Verkehrsraum sichtbar zu machen. Herzstück des Projekts sind sogenannte digitale Zwillinge, umfassende Datensätze realer Objekte, die für Simulationen und Tests in virtuellen Umgebungen genutzt werden. „Digitale Zwillinge gelten in vielen Industrieanwendungen inzwischen als Schlüssel zur Innovation – in der Fahrzeugentwicklung gilt das auch für Reifen. Mit unserem digitalen Zwilling unterstützen wir Unternehmen zukünftig dabei, neue Designs zu entwickeln“ so Dr. Klaus Dreßler, Leiter des Bereichs Mathematik für Fahrzeuge, Systeme und Anlagen am Fraunhofer ITWM. Ihr Einsatz soll es ermöglichen, Reifenabrieb, Verschleiß und Geräuschentwicklung schon bei der Konstruktion des Produkts zu minimieren.
Um das Verhalten von Reifen unter verschiedenen Bedingungen realitätsgetreu zu simulieren, müssen relevante Material- und Abriebdaten an Prüfständen erhoben werden. „Der virtuelle Reifen bildet das Zusammenspiel von Reifenprofil, Gummimischung, Straßenbelag und Fahrdynamik genau ab“, so Dr. Klaus Dreßler, Leiter des Bereichs Mathematik für Fahrzeuge, Systeme und Anlagen am Fraunhofer ITWM. Damit lasse sich Abrieb nicht nur messen, sondern bereits in der Simulation reduzieren, bevor der erste Prototyp entsteht. „Hersteller können neue Designs deutlich schneller virtuell erproben, Entwicklungszyklen verkürzen und ihre Produkte gezielt auf geringeren Abrieb optimieren", erklärt Stefan Thielen, Leiter des Projekts am Fraunhofer ITWM. „Das spart Kosten, liefert präzisere Prognosen zum Abriebverhalten und ermöglicht nachhaltigere Reifen, ohne Kompromisse bei Sicherheit oder Komfort." Wie sich die Reifenhersteller in diesem wichtigen Entwicklungsfeld positionieren, haben wir im Herbst vergangenen Jahres bereits in einem größeren Beitrag erläutert.
Rheinland-Pfalz unterstützt Reifen-Forschung
Das Fraunhofer ITWM investiert bereits verstärkt in Versuchseinrichtungen, um die Entwicklung moderner Simulationssoftware weiter voranzutreiben und komplexe Modelle zuverlässig zu validieren. Das Projekt SUMERA erhielt zuletzt auch finanzielle Unterstützung aus dem Wissenschaftsministerium Rheinland-Pfalz in Höhe von 499.202 Euro. „Mit der Förderung von SUMERA investieren wir gezielt in Forschung, die ökologische Zukunftsfragen adressiert und gleichzeitig industrielle Innovation voranbringt. SUMERA leistet auf der einen Seite einen Beitrag zur Entwicklung digitaler Werkzeuge, die die Innovationskraft unserer Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie stärken. Gleichzeitig trägt das Vorhaben zum konsequenten Schutz von Klima und Umwelt sowie zur Luftreinhaltung bei und kann einen Beitrag zur Reduktion feinstaubbezogener Krankheitsfälle leisten. Das Fraunhofer ITWM demonstriert erneut eindrucksvoll seine Innovationskraft und Aktualität“, so Katharina Heil, Ministerialdirektorin im Ministerium für Wissenschaft und Gesundheit Rheinland-Pfalz.