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29.03.2016 | Fahrzeugtechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Den Reifen neu erfinden

Autor:
Christiane Brünglinghaus

Reifen sind mehr als nur rund und schwarz. Sorgen sie heute bereits für weniger Kraftstoffverbrauch und mehr Sicherheit, werden sie in Zukunft zu Kugeln und lernen sprechen.

Leichter, leiser, sicherer und leistungsfähiger: Die Reifenentwicklung hat klare Ziele - und die Vorgaben, mit denen sich Reifenhersteller bei der Entwicklung konfrontiert sehen, haben es in sich. Reifen sollen die Fahrleistung und den Fahrkomfort des Fahrzeugs verbessern, die Verkehrssicherheit steigern und den Kraftstoffverbrauch senken.

Tatsächlich wird der Reifen von vielen Autofahrern aber häufig unterschätzt, vor allem, wenn es um seinen Betrag zum Kraftstoffsparen geht. Bei einem modernen Pkw entfallen 20 bis 30 Prozent des Kraftstoffverbrauchs auf die Reifen, wie Richard Backhaus im Artikel Weniger Verbrauch durch optimierte Reifen und Räder aus der ATZ 12-2011 schreibt. Denn der Reifen ist mit seinem Rollwiderstand wesentlich für den Kraftstoffverbrauch verantwortlich. Als Faustformel gilt: Eine 30-prozentige Reduktion des Reifen-Rollwiderstands kann die Kraftstoffeffizienz um etwa vier Prozent verbessern, wie aus dem Artikel Nanotechnik und neue Werkstoffe für kraftstoffsparende Reifen aus der ATZ 3-2013 hervorgeht.

Daher ist es folgerichtig, wenn beispielsweise Michelin mit seiner Reifentechnologie bis 2030 rund 30 Millionen Tonnen CO2-Emissionen vermeiden will. "Michelin wird mit langlebigen, leisen und rollwiderstandsarmen Reifen einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Mobilität der Zukunft leisten. Konkret bedeutet dies, dass wir bis 2030 rund 30 Millionen Tonnen CO2-Emissionen vermeiden", sagte Jean-Dominique Senard, Vorsitzender des Vorstands von Michelin, anlässlich des 18. Technischen Kongresses des Verbands der Automobilindustrie (VDA) am 17. März 2016 in Ludwigsburg.

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Reifen

Der Reifen ist ein rotationssymmetrischer, nicht isotroper, aus mehreren untereinander verbundenen verschiedenen Gummikomponenten bestehender Verbundwerkstoff, der durch textile bzw. Stahl-Verstärkungsmaterialien bezüglich seiner Festigkeitseigenscha


Reifen für Elektrofahrzeuge

Bei Fahrzeugen mit alternativem, insbesondere hybridelektrischem oder rein elektrischem Antrieb wirkt sich der geringere Rollwiderstand der Reifen unmittelbar positiv auf die Reichweite der Fahrzeuge aus. Daher müssen sich auch die Reifen wandeln: Sie werden leichter, schmaler und somit energieeffizienter. Auf dem Genfer Autosalon 2015 hat Goodyear zum Beispiel einen Strom produzierenden Konzeptreifen vorgestellt, der Hitze sowie entstehende Deformationen in elektrische Energie umwandeln kann, was Elektroautos zugutekäme. Denn die vom Reifen produzierte elektrische Energie kann dann an die Akkus des Hybrid-Antriebs sowie andere Bord-Technologien geleitet werden. Jedoch bleibt der Reifen laut Goodyear vorerst nur ein Gedankenexperiment.

Alternativen zu Kautschuk

Der moderne Reifen muss aber nicht nur energieeffizient sein, sondern auch nachhaltig. Daher wird auch stetig an der Optimierung der Gummimischungen gearbeitet. Für die Gummimischung werden sowohl natürliche als auch synthetisch hergestellte Kautschuke verwendet. Schon seit einigen Jahren suchen die Reifenhersteller nach Alternativen zum Rohmaterial Kautschuk, aus dem ein Reifen zu rund 40 Prozent besteht. Diese sollten zum einen nachhaltig, also nachwachsend sein, zum anderen natürlich auch kostengünstig.

Bridgestone entwickelt zum Beispiel einen Reifen bei dem alle wichtigen Naturkautschuk-Komponenten aus Guayule-Kautschuk bestehen - unter anderem die Lauffläche, die Seitenwände und die Kernreiter. Ende vergangenen Jahres gab Bridgestone bekannt, den ersten Pkw-Reifen produziert zu haben, bei dem der Naturkautschukanteil zu 100 Prozent durch natürliches Gummi der Guayule ersetzt werden konnte. Continental-Entwickler arbeiten indes an Pkw-Winterreifen mit Laufstreifen aus Löwenzahn-Kautschuk. Erste Winter Contact TS 850 P mit Taraxagum-Mischung (abgleitet vom botanischen Namen für Löwenzahn (Taraxacum)), werden derzeit auf dem konzerneigenen Testgelände in Arvidsjaur, Schweden, erprobt.

Was genau den Reifenmischungen beziehungsweise dem Kautschuk jenseits der bereits verwendeten Silikate (Kieselsäure) und Silane (Silizium-Wasserstoff-Verbindungen) zugegeben wird, bleibt bei den Reifenherstellern unter Verschluss. Sicher scheint nur, dass zunehmend nicht nur die Materialkombination der Lauffläche, sondern auch aller anderen Reifenbestandteile unter dem Kriterium Rollwiderstand analysiert werden.

Aerodynamische Optimierung von Pkw-Reifen

Neben den klassischen Eigenschaften des Reifens, wie dem Rollwiderstand oder Verschleiß, werden aber auch die aerodynamischen Reifeneigenschaften zunehmend wichtiger. Die Räder eines Fahrzeugs sind für circa 25 Prozent des gesamten Luftwiderstands verantwortlich. Dies führt dazu, dass bereits durch geringe geometrische Änderungen am Reifen der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs beeinflusst werden kann. Als wichtige Parameter bezüglich der Aerodynamik eines Reifens lassen sich vor allem die Kontur der Reifenschulter, die Seitenwandbeschriftung und die Reifenbreite identifizieren, wie Felix Wittmeier in seinen Schlussfolgerungen aus dem Buch Ein Beitrag zur aerodynamischen Optimierung von Pkw-Reifen schreibt.

Mehr Sicherheit im Pannenfall

Da der Reifen die einzige Kontaktfläche mit der Fahrbahn ist, leistet er auch einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit im Straßenverkehr. Ein neuer Reifen von Bridgestone, der seit Kurzem in Europa auf dem Markt ist, soll zum Beispiel Mobilität im Pannenfall gewährleisten. Die sogenannte DriveGuard-Reifentechnik basiert auf Hightech-Kühlrippen sowie stützenden, verstärkten und sehr strapazierfähigen Seitenwänden. Diese sollen es den Fahrern ermöglichen, trotz eines Reifenschadens die Kontrolle über das Fahrzeug zu behalten und noch weitere 80 km bei einer Geschwindigkeit von bis zu 80 km/h zu fahren.

Sensorik zieht auch bei Autoreifen ein

Eine weitere Entwicklungsrichtung beim Reifen besteht darin, ihn mit elektronischer Intelligenz aufzurüsten. Zum Beispiel sollen Drucksensoren im Reifeninneren von Continental in Zukunft neben Druck und Beladung auch die Reifenprofiltiefe erkennen. Und Forscher der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) haben vor einigen Jahren das Konzept eines adaptiven Reifens vorgestellt, der sich selbständig an Witterung und Untergrund anpasst. Der Reifen soll den Untergrund erkennen und seine Profilrillen automatisch ändern. In die Lauffläche werden dazu formändernde Komponenten eingebracht, die von einer in den Reifen integrierten Steuer- und Regeleinheit aktiviert werden. Dadurch werden die Profilrillen des Reifens (Längs- und Querrillen) einzeln beweglich. Die Idee wurde zum Patent angemeldet.

Jüngstes Beispiel für einen intelligenten Reifen ist der Goodyear Eagle-360, den der Reifenhersteller auf dem diesjährigen Genfer Autosalon gezeigt hat. Der kugelförmige Konzeptreifen für selbstfahrende Fahrzeuge wird im 3D-Druckverfahren hergestellt. Das Reifenprofil bildet die Oberfläche der Hirnkoralle nach, deren multidirektionale Block- und rillenförmige Struktur einen sicheren Fahrbahnkontakt gewährleisten soll. Durch die Kugelform des Reifens lässt sich das Fahrzeug in alle Richtungen manövrieren. Für die Verbindung von Reifen und Karosserie nutzt der Goodyear Eagle-360-Konzeptreifen die Magnetschwebetechnik. Der Reifen ist durch Magnetfelder vom Fahrzeug getrennt, ähnlich wie bei einer Magnetschwebebahn.

Tire-to-X-Kommunikation

Zudem hat Goodyear den Eagle-360 mit weiteren Eigenschaften in Hinblick auf Konnektivität ausgestattet. "Momentan ist der Reifen noch ein schweigendes Produkt, aber wir werden den Reifen zum Sprechen bringen", sagt Jürgen Titz, Managing Director DACH bei Goodyear, in einem Gespräch während des Genfer Autosalons. So registrieren Sensoren im Inneren des Eagle-360-Konzeptreifens einerseits Fahrbahneigenschaften wie Witterungsbedingungen und Oberflächenstruktur und leiten diese Informationen an das Auto sowie an andere Fahrzeuge weiter, um die Sicherheit zu verbessern. Andererseits sorgt die verbesserte Monitoring-Technologie von Goodyear für eine umfassende Überwachung von Reifendruck und Profil-Abnutzung, was die Laufleistung des Reifens erhöhen soll.

Des Weiteren kann das Reifenprofil für jede beliebige Region individuell angepasst werden, da es mit einem 3D-Drucker hergestellt wird. "3D-Druck bedeutet Individualität", betont Titz. Der Reifen lässt sich so individuell an speziellen Kundenwünschen orientiert produzieren.

Ein Zukunftstraum? Goodyear hat in Genf schon einmal einen weiteren Reifen gezeigt, den man als ersten Schritt auf dem Weg betrachten kann: den Konzeptreifen Intelli Grip für frühe Generationen selbstfahrender Fahrzeuge. Der Reife erkennt mithilfe eines in Zusammenarbeit mit dem Sensorspezialisten Huf entwickelten Mikrochips sowie seines speziell gestalteten Profils unterschiedliche Fahrbahnbeschaffenheiten und Witterungsbedingungen und teilt sie dem Fahrer mit.

Goodyear

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

01.03.2013 | Entwicklung | Ausgabe 3/2013

Nanotechnik und Neue Werkstoffe für Kraftstoffsparende Reifen

01.12.2011 | Special | Ausgabe 12/2011

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Reifen

Quelle:
Fahrzeugräder - Fahrzeugreifen

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