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2015 | Book

Fahrzeugräder - Fahrzeugreifen

Entwicklung - Herstellung - Anwendung

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About this book

Im aktuellen Standardwerk „Fahrzeugreifen - Fahrzeugräder“ werden Reifen und Räder mit den geometrischen Grundlagen erläutert und neue, zukunftsorientierte Konzepte der Reifentechnologie präsentiert. Die Entwicklung der Produkteigenschaften und deren Unterschiede werden ausführlich beschrieben. Schwerpunkte dieses Buches sind die Mobilitäts- und die Reifenstrategie, die die richtige Auslegung und Dimensionierung der Reifen beinhalten sowie die Methoden und Tools, die in einem effizienten Reifenentwicklungsprozess eine große Bedeutung haben. Mobilitätsstrategien spielen bei der Fahrwerks- und Reifenentwicklung eine wichtige Rolle und werden deshalb umfassend erläutert. Moderne Simulationsmethoden ergänzen das Themenspektrum. In dieser zweiten Auflage wurden zahlreiche Kapitel neu erarbeitet. Zu den Themen Stahl-, Schmiede- und Gussrad konnten Autoren der führenden Automobilzulieferer gewonnen werden. Aspekte numerischer Reifenmodelle, Raderprobung, Luftkontrolle und Radverbund runden die Inhalte ab.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Die Räder und Reifen haben sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. Am Beispiel der S-Klasse von Mercedes-Benz wird das deutlich. Während der W116 im Jahre 1972 mit einer Reifenbreite von 185 mm auf 14-Zoll-Felgen ausgeliefert wurde, hat heute die aktuelle S-Klasse W222 als Einstiegsbereifung 245 mm Reifenbreite und eine 17-Zoll-Felge, Abb. 1.1, Die Entwicklung der Reifenaußendurchmesser, der Felgendurchmesser, der Reifenflankenhöhe und der Reifenbreite zeigen Abb. 1.2, 1.3 und 1.4.
Die Räderentwicklung hat sich genau so rasant verändert. Viele neuartige Konzepte wurden in Serie gebracht, haben sich bewährt oder sind wieder vom Markt verschwunden. Abbildung 1.5 zeigt einige Meilensteine der Radentwicklung bei Mercedes-Benz der letzten 45 Jahre.
Während der W108 ein einziges 14 Zoll Rad hatte, hat die heutige S-Klasse eine Vielzahl an Angeboten für die Kunden um das Fahrzeug zu attraktiveren, Abb. 1.6. Diese Varianz stellt auf der einen Seite die Entwickler vor große Herausforderungen, auf der anderen Seite verbirgt sich dahinter auch ein großes Geschäftsfeld für die Fahrzeug- und Radhersteller. Diese Räder sind zusammen mit Erstausrüstungsreifen im Ersatzgeschäft in den Werkstätten der Fahrzeughersteller (OEMs) erhältlich und werden auch eigenständig beworben, Abb. 1.7.
Günter Leister
2. Reifen
Zusammenfassung
Der Reifen ist ein rotationssymmetrischer, nicht isotroper, aus mehreren untereinander verbundenen verschiedenen Gummikomponenten bestehender Verbundwerkstoff, der durch textile bzw. Stahl-Verstärkungsmaterialien bezüglich seiner Festigkeitseigenschaften bestimmt wird. So lautet die formale Beschreibung eines Reifens in einem Lexikon.
Reifen müssen Radlasten aushalten, um Fahrzeuge zu tragen, Seitenkräfte aufbringen, um Fahrzeuge sicher, um die Kurve zu führen, Längskräfte aufbringen, um sowohl die Motorleistung als auch die Bremskräfte auf der Straße absetzen zu können. Dabei sollten die Reifen unter allen Witterungsbedingungen eine möglichst große Straßenhaftung aufweisen. Reifen müssen auch Federungs- und Dämpfungseigenschaften haben und sie müssen das Lenkverhalten durch entsprechende Ansprecheigenschaften unterstützen. Der Reifen muss eine gute Laufleistung bei möglichst geringem Rollwiderstand und Geräuschentwicklung haben und muss natürlich über seine Lebensdauer dimensionsstabil, sicher und langlebig d. h. strukturfest sein. Der Reifen selbst darf im Fahrbetrieb nicht von der Felge springen und muss eine entsprechende Robustheit gegen äußere Einflüsse aufweisen und natürlich möglichst luftdicht sein.
Da aber alle diese Eigenschaften nicht konfliktfrei sind, ist ein optimaler Kompromiss das Ziel jeder Reifenentwicklung. Die Festlegung des optimalen Kompromisses ist dabei Aufgabe der Fahrzeughersteller, die technische Umsetzung muss der Reifenhersteller durchführen, [1, 2].
Günter Leister
3. Räder
Zusammenfassung
Ohne Räder läuft gar nichts – diese elementare Feststellung beschreibt nicht nur die technische Grundvoraussetzung für ein funktionierendes Automobil, sondern auch die Bedeutung des Rades für ein überzeugendes Fahrzeugdesign. Deshalb tragen anspruchsvoll gestaltete Räder, die mit dem Karosseriekörper harmonieren und als gestalterisch logische Fortsetzung erscheinen, entscheidend zur hohen Designgüte der Gesamtfahrzeuge bei, [45]. Über das Rad werden viele fahrzeug- und achsspezifischen Aufgaben bewältigt, wie z. B. die Übertragung von fahrdynamischen Kräften zwischen Fahrzeug und Fahrbahn. Hierzu gehört das Aufnehmen der Fahrzeuglast und der Stoßkräfte des Fahrbahnuntergrunds, das Übertragen der Drehbewegung der Achsen an die Reifen, das Aufnehmen und Übertragen von Brems- und Beschleunigungskräften sowie von Seitenführungskräften bei Kurvenfahrt. Die Radgröße wird hauptsächlich durch den Platzbedarf der Bremsanlage, der Achsbauteile und der Größe des verwendeten Reifens bestimmt.
Der außerordentliche Einfluss des Raddesigns auf das Erscheinungsbild der Automobile ist unbestritten und es sind keine Anzeichen zu erkennen, dass sich dies ändert, Abb. 3.55. Deshalb müssen die Radhersteller Herstellungsverfahren entwickeln, welche die Gestaltungsfreiheit möglichst wenig einschränken. Design-Kompromisse zu Gunsten eines geringeren Radgewichtes gelten als Rarität. Es darf deshalb nicht verwundern, wenn sich die Begeisterung der Designer über die sogenannten Leichtbauräder aus Stahlblech oder Aluminium, egal ob gegossen oder geschmiedet, in Grenzen hält.
Günter Leister
4. Reifendruckkontrolle
Zusammenfassung
Der Reifendruck ist eine wichtige Größe, die letztlich fast alle Reifeneigenschaften beeinflusst. Der Mindestluftdruck wird über die Vorschriften der ETRTO festgelegt. Er hängt vom Loadindex des Reifens, vom Speed-Index, Zusatzkennungen wie Extraload (XL), von der tatsächlichen Auslastung des Reifens und vom Sturz bei der Geradeausfahrt ab. Den Mindestluftdruck am Fahrzeug legt der Fahrzeughersteller fest, wobei der Reifenhersteller ein Mitspracherecht hat. Dieser Mindestluftdruck kann höher sein, wenn es z. B. Kriterien gibt, die das erforderlich machen. Typische Gründe hierfür sind das Reifenabwerfen z. B. beim Fishhooktest, Stabilitätsgründe oder die Abstimmung zwischen Vorder- und Hinterachse oder auch Vorgaben aufgrund Grenzwerte bei der CO2-Emission. Häufig wird der Luftdruck in Abhängigkeit von Reifendimension, Beladung und Fahrgeschwindigkeit angegeben, Abb. 4.1.
Günter Leister
5. Komplettradmontage
Zusammenfassung
Die industrielle Reifenmontage unterscheidet sich im Ablauf von der manuellen Reifenmontage deutlich. Abbildung 5.1 zeigt schematisch den Ablauf einer vollautomatischen Komplettradmontage. Dieser Prozess, der höchste Montagequalität sicherstellen kann, ist natürlich nur bei entsprechender Stückzahl wirtschaftlich.
Vor der Montage werden alle Montagekomponenten mindestens 6 Stunden bei Temperaturen um 15 °C lagern, damit die Reifenwülste entsprechend geschmeidig sind. Die Lagerung der Reifen muss „im sogenannten Schornstein“, also die Reifen übereinander gestapelt realisiert sein, die alternative Lagerform „Brezelung“, Abb. 2.19, ist nur für wenige Tage zulässig, da sonst die Rundlaufqualität leidet. Beim Auflegen auf die Förderbänder werden das Reifenalter (DOT-Zeichen) kontrolliert werden und es muss eine Sichtprüfung der Radoberflächen und der Ventilbohrung erfolgen, Abb. 5.2.
Günter Leister
6. Ausblick
Zusammenfassung
Der Reifenentwicklungsprozess ist ein dynamischer Prozess, der nie abgeschlossen sein wird. Technische Fortschritte müssen beim Kunden ankommen, damit dessen Fahrverhaltens-, Sicherheits- und Komfortanforderungen erreicht werden können. Neue Systeme, Änderung bei der Gesetzgebung und neue Anforderungen seitens der Kunden werden den Prozess auch in Zukunft permanent verändern.
Eine dies wichtigsten Pflichten der Reifenentwickler ist es sich immer wieder die physikalischen Grundlagen zu vergegenwärtigen, die Zielkonflikte zu akzeptieren und aus den Erfahrungen zu lernen.
Alleine sich auf das Managen von Projekten und Prozessen zu konzentrieren ist bei der Rad- und Reifenentwicklung zu wenig.
Große Umbrüche, wie komplett neue Rad/Reifensysteme, sind in den nächsten Jahren nicht zu erwarten. Das liegt einfach daran, dass der gesamte Fahrzeug- und Reifenprozess eine extrem hohe Komplexität erreicht hat, und eine Konzeptänderung eines Teilsystems nur mit einem extrem hohen Aufwand überhaupt vorstellbar ist.
Die Prozessoptimierung die wichtigste Herausforderung, die es zu bewältigen gibt. Dann auf keinen Fall darf trotz steigender Komplexität und immer größerer Variantenvielfalt die Reifenperformance vernachlässigt werden.
Ein Schlüsselfaktor hierzu sind Simulationsmethoden. Diese müssen weiter optimiert werden, um noch früher sicher und effizient Aussagen und Potentialabschätzungen machen zu können.
Günter Leister
Backmatter
Metadata
Title
Fahrzeugräder - Fahrzeugreifen
Author
Günter Leister
Copyright Year
2015
Electronic ISBN
978-3-658-07464-7
Print ISBN
978-3-658-07463-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-07464-7

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