Uni Paderborn erforscht optimierte Achsen für weniger Feinstaub

Wie die Optimierung von Achssystemen beitragen kann, Reifenabrieb und Mikroplastik zu minimieren, untersuchen Forscher der Universität Paderborn in einer Studie. E-Autos mit höherem Abrieb stehen besonders im Fokus.

Versuchsstand, um die Achssysteme genau zu untersuchen. (Foto: Universität Paderborn)
Versuchsstand, um die Achssysteme genau zu untersuchen. (Foto: Universität Paderborn)
Johannes Reichel
von Anna Barbara Brüggmann

Oft werden Feinstaubemissionen in der Stadt mit Rußpartikeln aus Fahrzeugabgasen in Verbindung gebracht. Der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) zufolge ist jedoch ein weit größerer Anteil am Partikelausstoß dem Reifenabrieb zuzuschreiben. Laut DBU ist der Reifenabrieb im Straßenverkehr für Mensch und Umwelt belastend und für circa ein Drittel der insgesamt 330.000 Tonnen Mikroplastik verantwortlich, die jährlich in Deutschland freigesetzt werden. Zudem sei der Abrieb von Reifen gemäß einer Studie der Weltnaturschutzorganisation (IUCN) als ein wesentlicher Faktor für den Eintrag von Mikroplastik in die Weltmeere anzusehen.

Forscher der Universität Paderborn führten ein von der DBU mit 125.000 Euro gefördertes Projekt durch und kamen zu dem Ergebnis, dass auch die Auslegung der Achssysteme eine entscheidende Rolle hinsichtlich des Reifenabriebs spielt.

"Die Menge des Reifenabriebs hängt unter anderem vom Zusammenspiel zwischen Fahrwerk, Reifen und Fahrbahn ab, worauf die Auslegung der Achssysteme einen relativ großen Einfluss hat", erläutert Prof. Dr. Walter Sextro, Leiter des Projekts und Inhaber des Lehrstuhls für Dynamik und Mechatronik an der Universität Paderborn.

Bei den Untersuchungen kamen experimentell validierte Modelle eines Reifens und einer Hinterachse eines Mittelklasse-Serienfahrzeugs zum Einsatz. Durch die Optimierung des Achssystems habe man durch vergleichsweise geringe geometrische Veränderungen an der Achse die Menge des Reifenabriebs unter den gewählten Bedingungen in der Simulation bei einer Geschwindigkeit von 100 Stundenkilometern um rund die Hälfte verringern können, so Sextro.

E-Autos haben durch das hohe Akku-Gewicht noch mehr Abbrieb

Reale Fahrversuche eines Projektpartners zeigten nach Aussage des Projektleiters zuvor bereits das Potenzial für eine Reduktion. Im Rahmen des Projekts wurde eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht, die Reibarbeit zwischen Reifen und Straße als Indikator für die Menge an Reifenabrieb zu berechnen und den Einfluss der Achseigenschaften auf die Reibarbeit zu analysieren.

Geplant ist, die Simulation um ein Modell der Vorderachse und des Fahrzeugaufbaus zu erweitern. So soll detaillierter analysiert werden können, wie die Achseigenschaften die Menge an Reifenabrieb beeinflussen - unter Berücksichtigung der Fahrzeugdynamik. Diese Berechnungsergebnisse könnten dann in noch größerem Umfang auf den Realverkehr übertragen werden.

Sextro zufolge sollte bei der Verbesserung eines Fahrwerks neben den Anforderungen an Fahrdynamik, Fahrkomfort und Sicherheit auch die Reduktion des Reifenabriebs eine Rolle spielen. "Die Reduktion von Reifenabrieb stellt in der Fahrwerksauslegung in der Regel kein Hauptkriterium dar", so der Forscher. Doch in der Vorauslegung von Fahrzeugen sollte eine detaillierte Simulation des Reifenabriebs Beachtung finden.

"Denn bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kommt es durch die schweren Akkus zu noch mehr Reifenabrieb", erklärt Sextro

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