In den letzten Jahren sind die Anforderungen an moderne Reifen aufgrund größerer und schnellerer Fahrzeuge stetig gestiegen. Neben besonders niedrigen Rollwiderständen sind auch Komfort und die Ansprüche an höhere Haftung weiter gewachsen. Die Frage nach der präzisen Form unter hohen dynamischen Belastungen ist nicht nur für Aerodynamiker von Formel 1 Teams interessant, sondern auch für Reifenhersteller und Fahrwerksingenieure. Darüber hinaus ist die Bestimmung der mehrachsigen Verformungen oder Dehnungen auf der Reifenwand wertvoll für die Entwicklung neuer Reifen.

Neuerungen in der Messtechnik erlauben jetzt ganzflächige Untersuchungen der Reifenseitenwand unter extremen Lastbedingungen. 3D-Verformungszustände und Dehnungen können mit Hilfe eines einfach bedienbaren Stereokamerasystems erfasst und präzise abgebildet werden. Die auf Basis der 3D-Korrelation berechneten Daten können wiederum bildhaft in Form einer animierten Grafik sehr intuitiv interpretierbar visualisiert werden.

Im Folgenden ist am Beispiel eines PKW-Reifens die neue Methode beschrieben. Der Reifen wurde mit einer entsprechenden Felge an einem Reifenflachbandprüfstand aufgebaut. Der prinzipielle Aufbau des Messsystems ist an der Prüfanlage in Abb. 1 dargestellt.

Bei konstanter Bandgeschwindigkeit wurde das Rad mit definierten Radlasten beaufschlagt. Anschließend wurden diverse Schräglaufwinkel bis max. 12° aufgebracht. Das Belastungsprofil wurde hierbei automatisch aufgebracht (siehe Abb. 2).

Die optische Prüftechnik beruht auf einem Korrelationsverfahren, welches eine visuelle Textur auf der Reifenseitenwand als Dateninformation verwendet. Diese Textur wird vor dem Versuch aufgebracht, während des Versuchs mit dem ARAMIS-System erfasst und anschließend berechnet. Als Ergebnis stehen die 3D-Koordinaten zu jedem Zeitpunkt an der Oberfläche zur Verfügung. Durch eine Triggerung auf die Radrotation wird eine exakt wiederholbare Aufnahme zu den entsprechenden Rotationspositionen gewährleistet. Die 3D-Ergebnisse können beliebig zu weiteren Informationen wie Verformung in beliebigen Richtungen (z. B. Axialverformung, Radialverformung, Tangentialverformung) und Dehnungen an der Oberfläche ausgegeben werden. Aufgrund der extrem kurzen Belichtungszeiten, können auch hohe Reifenumfangs- geschwindigkeiten (z. B. >>300km/h) problemlos gemessen werden.

Abb. 3 zeigt eine typische Auswertung bei diesem Ablauf. Im Diagramm oben links sind die aufgebrachten Lasten und Winkel über der Zeit dargestellt. Unter maximalen Belastungen tritt ein Rutschen an der Kontaktstelle zwischen Reifen und Band auf. Die dadurch resultierenden Schwingungen erreichen in diesem Fall im Messbereich in axialer Richtung Amplituden von bis zu 36 mm. Die Ausgabe ist ganzflächig auf dem Report dargestellt. Die Verformung ist farbkodiert dargestellt, bzw. am Beispiel einiger ausgewählter Punkte auch unten links als Diagramm (axiale Verschiebung über der Zeit dargestellt) demonstriert.

In Abb. 4 ist die Verformung in Umfangsrichtung dargestellt. Angegeben ist hier der lokale Verdrehwinkel der Reifenwand gegenüber der Radachse aufgetragen. Da in diesem Versuch keine Brems-, bzw. Antriebsmomente eingeleitet wurden, verhält sich diese tangentiale Verformung erwartungsgemäß relativ symmetrisch und liegt noch bei kleinen Winkeln (bis zu +/- 2°).

Die radiale Verschiebung in Abb. 5 zeigt zu Versuchbeginn die Einfederung des Reifen mit zunehmender Belastung. Bei konstantem Schräglaufwinkel wird nahe dem Aufstandspunkt ein relativ konstanter Wert von ca. 5,5 mm erreicht. Mit Veränderung des Schräglaufwinkels werden Werte von bis über 30 mm erreicht.

Das neue Verfahren erlaubt die genaue Erfassung sämtlicher Verformungen an der Reifenwand. Die prüfbaren Lastzustände reichen hier von Schräglauf- und Sturzwinkel über aufgebrachte Radlasten, bis zu hohen Geschwindigkeiten. Des Weiteren können die Verformungen des Reifens bei Momenteinleitung (Beschleunigung und Bremsen) bestimmt werden. Die grafische Ausgabe erlaubt weiterhin eine einfache Interpretation der Ergebnisse und lässt sich zusätzlich animiert darstellen. Hierbei ist auch der Abgleich mit Simulationen leicht zu bewerkstelligen.