Einsatzgebiet des Zwei-axialen Räderprüfstandes (ZWARP)
Ein ZWARP wird eingesetzt, um die Betriebsfestigkeit von PKW- und LKW-Rädern zu bestätigen sowie die Konstruktion neuer Räder, den Einsatz neuer Werkstoffe und neuer Fertigungsverfahren zu optimieren.
Den Rädern, die zu den Sicherheitsbauteilen des PKW /LKW’s zählen, gebührt dabei besondere Aufmerksamkeit.
Einerseits sollen diese leicht sein und daher mit möglichst geringem Materialeinsatz hergestellt werden, andererseits müssen diese aber den unterschiedlichsten Belastungen während ihrer gesamten Einsatzdauer standhalten.
Im Echtversuch auf einer Teststrecke (wie z.B. dem Nürburgring) werden reale Belastungszustände für die Radaufstands- und Seitenkräfte ermittelt. Die Belastungen werden mit mathematischen Verfahren in so genannten Lastkollektiven zusammengefasst. Diese Lastkollektive werden an den jeweiligen Räderprüfstand angepasst und in einem Ansteuerprogramm für die Prüfung abgespeichert.
Durch die entsprechende Zusammenstellung der höchsten Belastungszustände in den Lastkollektiven kann mit einer Prüfungslaufleistung von 15.000 km pro Rad die Schädigung eines Rades bei 300.000 km im Alltagsbetrieb reproduziert werden.

Technik:
Der Prüfling (das Rad) läuft in einer drehzahlgeregelten, rotierenden Trommel und wird mit Radial und Seitenkräften sowie Neigungswinkeln beaufschlagt. Diese Kräfte und Bewegungen werden über Spindeln mittels weg-, kraft- und winkelgeregelten AC Servomotoren realisiert.
Die Steuerung der Anlage erfolgt dabei über eine, in einem PC eingebaute Siemens SIMATIC WINAC. Die Visualisierung ist mit WinCC Flexible Advanced realisiert. Bedient und beobachtet wird die Anlage über den PC-Monitor mit Tastatur und Maus.
Über die standardisierte, offene und herstellerunabhängige OPC-Schnittstelle kommuniziert die Maschinensteuerung mit dem Programm "DIAdem" (National Instruments). Das DIAdem Programm tauscht Daten zur Ansteuerung und Visualisierung der Anlage aus und übernimmt auch die Archivierung aller relevanten Informationen.

Sicherheitstechnik:
Projektiert und ausgeführt ist der Prüfstand mit moderner Sicherheitstechnik nach der neusten Maschinenrichtlinie. Mittels „ASISafe“ – Sicherheitstechnik werden Not-Aus-Kreise,
Stillstandserkennung, Türüberwachungen – und Zuhaltungen logisch verknüpft und können an jede beliebige Anlagenkonstellation angepasst werden.

Zusätzlich kann die Anlage mit folgenden Optionen ausgerüstet werden:
„Radbruchsensor“
Ein Lasersensor misst während der Prüfung kontinuierlich die durch die Prüflasten auf das Rad einwirkende Dehnung. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Toleranz schaltet die Anlage ab. Dadurch soll ein Totalbruch des Prüfrades verhindert werden, der die Anlage schädigen könnte.
Zusätzlicher Nutzen :
Bei Ausrüstung der Anlage mit der Zusatzoption „Vorschädigungseinrichtung“ kann mit diesem Lasersensor die Deformierung des Rades nach der Vorschädigungsprüfung gemessen werden.

Vorschädigungseinrichtung:
Bei Ausrüstung mit einer entsprechenden Einrichtung wird mittels eines automatisierten Prüfablaufes das Prüfrad unmittelbar vor der Prüfung entsprechend den Prüfforderungen vorgeschädigt. Dieser Prüfschritt kann dann direkt im ZWARP erfolgen und das Prüfrad muss vorher nicht noch in eine weitere Prüfmaschinen (Vorschädigungs-Prüf-Anlage) montiert und danach wieder demontiert werden.

Kalibrierungeinrichtung:
Diese Einrichtung erlaubt eine Vergleichsmessung der Vertikal- und Seiten- Kraftmessdosen mit einer kalibrierten Kraft mssdose. Für diese Messung müssen die in der Anlage eingebauten Messdosen nicht demontiert werden.
Die Werte für die Neigungskäfte werden anhand der Geometrie der Maschinen rechnerisch ermittelt. Die Prüfung erfolgt automatisch und die Prüfergebnisse können als PDF-Protokoll ausgedruckt werden.

Analoge Schnittstelle
Über frei skalierbare analoge Ein- und Ausgänge der Soll- und Istwerte von Vertikal-, Seiten-,
Winkelkraft sowie dem Neigungswinkel und der Drehzahl kann die Steuerung der Anlage von
Fremdsystemen übernommen werden. Ferner können die Istwerte der Anlage über Schreiber zu Protokoll- und Dokumentationszwecken aufgezeichnet werden.

Telemetrie zur Datenerfassung der Prüfräder
Als Zusatzausrüstung kann ein Mehrkanal- Telemetriesystem geliefert werden. Damit werden die Daten der DMS  (Dehnungsmessstreifen) von Vergleichsrädern per Funk an eine Empfangseinheit gesendet. Diese besteht aus Funkempfänger, analoge oder digitale Schnittstelle und einem Laptop mit einem Programm zur Datenaufzeichnung.

^{*) Bei Annahme einer Jahreslaufleistung von 300Tage/Jahr beträgt die Energieeinsparung des elektromechanischen Prüfstandes ca. 160.000kWh! (Das sind bei angenommenen 15ct/kWh ca. 24.000€ pro Jahr.) Der Energievergleich wurde mit einem Rad 9,5Jx18ET37, 740kg auf beiden Prüfständen über eine Prüfrunde (von 17:14Min) mit gleichen Belastungen durchgeführt.}

Eckhard Steinmetz
FEAG NL Frankfurt
Engineering

Die Spezialisten des Siemens Bereichs Automation and Drives aus Rhein-Main und Nürnberg sowie der FEAG NL Frankfurt haben den weltweit größten Prüfstand für Fahrzeug/Fahrbahn bei der Bundesanstalt für Straßenwesen in Betrieb genommen.
Aus einem Vorgängermodel, welches durch technische Anfälligkeiten schon vor Jah-ren stillgelegt werden musste, wurde die Testanlage so modifiziert, dass nun ver-gleichbare Tests von Reifen und Fahrbahnen möglich sind

Auf diesem neuen Prüfstand ist es nun möglich, Testreihen über Reifengeräusche, Rollwiderständen von verschiedenen Reifen sowie die Standfestigkeit von unter-schiedlichen Fahrbahnbelägen zu fahren.
Durch austauschbare Radstationen können PKW Reifen bis zu einer Geschwindig-keit von 270k/h getestet werden, mit der entsprechenden Radstation für LKW Reifen ist die Geschwindigkeit auf 120km/h begrenzt.
Auf die Innenseite der Trommel können 18 Kassetten mit unterschiedlichen Fahr-bahnbelägen montiert werden.

Eines der wichtigsten Forschungsziele ist die Vermeidung oder Minderung der ver-kehrsbedingten Lärmbelästigung. Eine der Hauptlärmquellen ist das Reifen-Fahrbahn-Geräusch. Untersuchungen zu diesem Themenkomplex können nun unter Laborbedingungen durchgeführt werden.

Siemens vergab den Auftrag für das Engineering der kompletten Hardware einschl. Bau, Montage und Dokumentation der Anlage sowie die Anlagenplanung an die FEAG NL Frankfurt.
Dies umfasste sowohl die elektrische Einspeisung von 1250A über Umrichter zu dem bereits vorhanden Linearmotor bis hin zu den mannigfaltigen Mess- und Überwa-chungseinrichtungen rund um den Prüfstand.

Die Modernisierung des Prüfstandes war eine große technische Herausforderung, da hier völliges Neuland betreten wurde. Es galt, die Anlage nach den neuesten techni-schen Standards einschließlich der sehr komplexen Sicherheitsanforderung zu er-richten.

Eine besondere Herausforderung war das Sicherheitskonzept, welches letztendlich mit dem AS-I Sicherheitsbus realisiert und gemäß EN 954-1 in Kategorie 3 ausge-führt wurde.

Horst Braun
FEAG NL Frankfurt
Engineering