Was macht einen guten, modernen Auto-Reifen aus?

Reifen müssen verschiedene Anforderungen erfüllen, für Traktion auf völlig unterschiedlichem Untergrund sorgen, perfektes Handling ermöglichen, über niedrige Abnutzung und Verschleiss verfügen sowie immer stärker durch geringen Rollwiderstand dazu beitragen, dass der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird. Woraus bestehen eigentlich Reifen? Neuartige Rohstoffe für die Reifenherstellung und Eco-Reifen als sparsame Alternative zu  haben wir hier im Reifen Blog bereits beleuchtet, daher stellen wir diesmal die klassischen Bestandteile der traditionellen Herstellung von Sommerreifen, Winterreifen und Allwetterreifen vor.

Der Aufbau eines herkömmlichen modernen Autoreifen umfasst über 200 verschiedene Komponenten, Elastomere, verstärkende Füllstoffe, Weichmacher und andere chemische Elemente – von denen jeder zur Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit des Reifens beiträgt. Besonders moderne Hochleistungsreifen – zum Beispiel sportliche Sommerreifen von Falken, Hankook und Pirelli – zeichnet bei hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen aus, dass die Stabilität der kreisförmigen Dimension des Reifens unterstützt wird: die Reifen sorgen bei hohem Druck für gleichbleibenden Fahrkomfort und  sicheres Handling.

Elastomere

  • Naturkautschuk – Kautschuk-Gummi – abgeleitet von dem gleichlautenden indianischen „Caoutchouc“ – wird aus milchig-weißem Latex durch einen Einschnitt in die Rinde des Kautschukbaumes hergestellt. Der Anbau dieser Bäume ist im einzigartigen Klima der tropischen Wälder möglich. Der Großteil der Gummiplantagen befindet sich in Süd-Ost-Asien, besonders Indonesien und Thailand, dem weltweit größten Hersteller von Gummi, Lateinamerika und Afrika. In der Kautschukzusammensetzung des Reifens verfügt Naturkautschuk über hohe mechanische Widerstandsfähigkeit, vermindert aber den Hitzeschutz. Naturkautschuk wird in vielen Teilen des Reifens verwendet wird, vor allem verwendet, um die Lauffläche von Lkw-Reifen und Reifen für Spezialmaschinen zur Erdbewegung zu produzieren.

 

  • Synthetischer Kautschuk – Rund 60 Prozent im Reifengummi ist synthetischen Ursprungs. Synthetischer Kautschuk wird als Ergebnis der Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl gewonnen. Die anderen 40 Prozent sind Naturkautschuk. Synthetische Elastomere können leicht unter Last verformt werden und bei Wegfall der Belastung einfach in den ursprünglichen Zustand zurückkehren. Dies ist eine äußerst nützliche Funktion, die es erlaubt, Reifen mit einer guten Haftung (Grip) zu entwickeln. Zusätzlich hat synthetischer Kautschuk eine Anzahl anderer wichtigen Eigenschaften, die die Haltbarkeit und den Rollwiderstand positiv beeinflussen. Aufgrund seiner hervorragenden Kopplungseigenschaften wird er am häufigsten bei der Herstellung von Autoreifen und Reifen für Motorräder verwendet.

 

 

 

Verstärkende Füllstoffe

  • Ruß – Einer Reifen-Gummimischung wurde erstmals im Jahr 1915 Ruß hinzugefügt, um die Lauffläche verschleißfester zu machen. Diese Substanz wird in 25 bis 30 Prozent aller Reifen-Gummimischungen verwendet und sorgt für das charakteristische Schwarz der Reifenfarbe. Ganz nebenbei bietet die Farbe einen ausgezeichneten Schutz gegen UV-Strahlen und schützt so den Reifen vor gefährlichen Rissen.

 

  • Silica – Die Substanz ist seit geraumer Zeit bekannt, ist ein Salz der Kieselsäure und wird aus Quarzsand gewonnen. In Gummimischungen von Reifen verwendet erhöht es die Reißfestigkeit des Kautschuks und senkt den Rollwiderstand. In der Reifenfertigung haben Chemiker des Reifenherstellers Michelin im Jahr 1992 einen Durchbruch erreicht, indem sie Technologien entwickelt haben, um der Gummimischung Silica in Kombination mit Spezialelastomere und speziellen Bindemittel hinzuzufügen. Reifen, die in dieser Technik hergestellt werden, verfügen über deutlich reduzierten Rollwiderstand, eine verbesserte Haftung auf kalten Oberflächen und erhöhte Lebensdauer. Diese Innovation führte zur gesamten Entwicklung von „grünen“ Reifen mit niedrigem Rollwiderstand. So hat Goodyear, deren Gründer Charles Goodyear 1837 /1843 der Erfinder der industriellen Vulkanisation des Kautschuks für Reifen war, jetzt eine „neue Generation von Silica entwickelt, mit der die Verbrauchseffizienz von Reifen weiter gesteigert wird.

Weitere wichtige Komponenten des Reifens

  • Schwefel – Schwefel dient als Härtungsmittel, das Hartgummi transformiert, damit es geschmeidig wird.
  • Metallseil – Die Technologie zum Einsatz von Metallgarnen wurde für Hochleistungsreifen (High Performance) von Michelin, einem Pionier auf diesem Gebiet, zum ersten Mal im Jahr 1934 vorgestellt und im Jahr 1937 in die Massenproduktion von Lkw-Reifen mit Metallseil übernommen.
  • Textilien – Textiles Kunstfaser-Gewebe wurde ursprünglich benutzt, um die Festigkeit der Reifen zu erhöhen. Bei der Produktion von hochwertigen High-Performance-Reifen spielen heute Kunststoff, besonders Polyester, Nylon, Rayon und Aramid, eine wichtige Rolle. Sie verleihen Reifen mehr Widerstandsfähigkeit gegen Belastungen und erhöhen den Komfort. Daneben sorgen etwa Fasern aus Kevlar für höhere Festigkeit, Widerstandsfähigkeit und Traktion. Beim Einsatz zur Versteifung von Reifenkomponenten sorgt es für Kurvenstabilität und gutes Handling. Da es zur Verstärkung von Gummimischungen beiträgt, unterstützt das Material eine hohe Abrieb- und Reißfestigkeit sowie den Durchstichwiderstand, kann durch geringeren Rollwiderstand zur Verringerung der Fahrgeräusche beitragen und reduziert durch weniger Rotationsgewicht die Motorbelastung, was wiederum für weniger Spritverbrauch sorgen kann.

– Quelle / Foto: Petrochemicals Europe

Nachhaltige Autoreifen: Gummi-Rohstoffe aus Pflanzen als Erdöl-Ersatz [UPDATE]

Die Nachfrage nach energiesparenden Reifen wächst, aber auch die Produktion von Reifen aus recycelten Altreifen oder nachwachsenden Rohstoffen. Bisher werden für die Herstellung von Reifen in hohem Maße Rohöl und Naturkautschuk verbraucht. Daneben werden alte oder abgenutzte Reifen bei der Neuproduktion einer Wiederverwertung zugeführt. Doch immer mehr Reifenhersteller verwenden als  Ersatz für Öl und Chemikalien bei der Produktion von Reifen erneuerbare und umweltfreundliche Rohstoffe.

Laut Reifenhersteller Continental werden bei der Herstellung von Reifen des Unternehmens fossile Öle inzwischen bereits teilweise durch Rapsöl ersetzt. Daneben werden Zellulosefasern und Viskose anstelle von Polyester zur Verstärkung der Reifen-Karkassen verwendet. Die Vorstöße von Reifenherstellern, die auf alternative Rohstoffquellen zugreifen, sind allerdings bislang weniger einem wachsenden Umweltbewusstsein geschuldet, sondern erheblichen Problemen bei den Herstellungskosten, was sich auf den finanziellen Gewinn auswirkt.

Nach Angaben der International Energy Agency (IEA) werden sich im Jahr 2030 die Kosten für Rohöl gegenüber 2007 um voraussichtlich 20 Prozent erhöhen. Entsprechend steigen die Kosten bei der Herstellung von Reifen. Doch obwohl Continental plant, den Einsatz fossiler Rohstoffe völlig aufzugeben, wird es sehr schwierig werden, dieses Ziel zu erreichen. Möglicherweise können nicht alle Komponenten, die bei der Herstellung von Reifen verwendet werden, durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden. Continental Reifen werden grün Infografik

– Infografik: Continental

So kannten den Begriff „Rollwiderstand“ bis vor einigen Jahren nur wenige Verbraucher. Für Autoreifen bedeutet dies, dass ein Fahrzeug, welches auf Reifen mit geringem Rollwiderstand fährt, weniger Kraftstoff verbraucht und weniger Schadstoffe ausstößt. Tatsächlich ist es so, dass einige natürliche Materialien die Leistung des Reifens verschlechtern können, so etwa eben den Rollwiderstand und die Traktion. Daher werden Reifenhersteller kaum bereit sein, die Zuverlässigkeit ihrer Produkte zugunsten von mehr Umweltfreundlichkeit zu opfern.

Heute werden Reifen auf Basis einer Kombination von synthetischem Kautschuk aus Erdöl und Naturkautschuk aus Bäumen produziert. Naturkautschuk sorgt für mehr Widerstand als synthetischer, daher herrscht eine hohe Nachfrage des Rohstoffs für Reifen und eine ganze Reihe von anderen Produkten. Aber das Angebot an Naturkautschuk ist weitgehend abhängig von kleinen Gummibaum-Plantagen in Thailand, Indonesien und Malaysia.

Der amerikanische Hersteller Goodyear Dunlop ist inzwischen wie sein deutscher Konkurrent Continental bei der Entwicklung im Bereich der alternativen Rohstoffen aktiv geworden. Forscher von Goodyear haben als Alternative zu Erdöl das Sojabohnenöl entdeckt. Die Verwendung von Sojabohnenöl verändert nicht nur die Qualität der Reifen, sondern verbessert sogar die Laufleistung um rund 10 Prozent. Die reine Verwendung von Sojaöl würde den Rohöl-Verbrauch bei der Herstellung von Goodyear Dunlop Reifen um 26,5 Millionen Liter pro Jahr reduzieren.

Allerdings ist nicht nur eine Alternative für die fossilen Rohstoffe erforderlich, sondern auch für Naturkautschuk, der aus dem Saft von Gummibäumen hergestellt wird. Ein Mangel an dieser Ressource und den steigenden Preisen bringen Reifenhersteller dazu, nach anderen Möglichkeiten zu suchen. Daher haben Ingenieure von Marktführer BridgestoneCooper Tires sowie Ford zusammen mit Wissenschaftlern des Ohio Agricultural Research Center der Ohio State University in Wooster in einer Studie rund 1.200 verschiedenen Pflanzenarten getestet, die für die Herstellung von Gummi anstelle von reinem Naturkautschuk eingesetzt werden können. Nach Ansicht der Wissenschaftler ist der Russische Löwenzahn am besten geeignet, denn beim Anbau dieser Pflanze wird nicht nur die vergleichsweise höchste Gummiqualität erzielt, sondern es auch die Produktion erleichtert und Probleme beim Transport gelöst. Die Pflanzen sehen so ähnlich aus wie Löwenzahn-Pflanzen, die im Garten wachsen, sind aber nicht die gleichen. Die russische Art – wissenschaftlich als Taraxacum kok-saghyz oder TKS bezeichnet – hat lange, dicke Wurzeln, welche eine geeignete Mischung aus Gummi-Polymeren, Proteinen ​​und Fettsäuren enthalten, wie sie auch in natürlichem Latex enthalten ist. Wenn man eine TKS-Wurzel aufschneidet, tritt eine klebrige, milchig-weiße Flüssigkeit aus, die getrocknet zu einem Ball geformt elastisch springt. Gummi für Reifen aus Russischem Löwenzahn Infografik

– Infografik: The Plain Dealer

Das Potenzial für das Gummi aus Löwenzahn war bereits in den 1920er Jahren in Russland entdeckt worden. Da Naturkautschuk während des Zweiten Weltkriegs wegen der Verwendung für Flugzeug -und Lkw-Reifen und aufgrund von Einfuhrbeschränkungen nur begrenzt verfügbar war, begann man auch in den USA mit der Erforschung des Löwenzahns als alternativem Rohstoff. Die Forschungen wurde nach dem Krieg jedoch wieder aufgegeben.

Bridgestone hat ein Pilotprojekt zum Anbau und der Aufbau eines Gummi-Forschungszentrum gestartet, in der man sich auf die Entwicklung von Guayule- Gummi konzentriert. Der für Reifen erforderliche Ruß wird aus pflanzlichen Fetten und Ölen gewonnen, ein Härtungsmittel für Fasern und synthetischen Kautschuk der Karkasse ebenfalls aus Pflanzen. Erste vielversprechende Ergebnisse zeigen, dass der Russische Löwenzahn eine wirtschaftlich rentable, erneuerbare Quelle für qualitativ hochwertiges Reifengummi werden kann. Die Rohstoffmenge an Löwenzahn, die auf einem Hektar wächst, könnte eines Tages dazu dienen, bis zu 250 Pkw-Reifen zu produzieren. Innerhalb eines Jahrzehnts könnte so auf Reifen gefahren werden, die aus Löwenzahn hergestellt werden. Darüber hinaus kann Russischer Löwenzahn direkt in Ländern angebaut werden, in denen die Reifenproduktion stattfindet. Damit könnten die Probleme der Hersteller gelöst werden, von den Lieferungen aus politisch und wirtschaftlich instabilen Regionen abhängig zu sein, in denen Gummibaum-Plantagen existieren. Auch Ford plant, die Entwicklung sowohl von Russischen Löwenzahn als auch von Guayule zu verfolgen, um auf Pflanzen basierende Kunststoffe für Autoteile wie Stoßfänger zu entwickeln. Video: Bridgestone Tire Akron OH Technology Center Grand Opening (2012)

– Quelle: YouTube

Allerdings sind Umweltschützer noch nicht zufrieden. Sie glauben, dass der Anstieg im Bereich wachsender Monokulturen von Raps oder Russischem Löwenzahn neue Umweltprobleme zur Folge haben wird. Es wird also noch eine Weile dauern, bis Reifen aus nachwachsenden Rohstoffen in Massenproduktion zu erwarten sind. Gemäß Continental wird die Forschung erst in etwa fünf Jahren soweit sein.

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UPDATE 14.10.2013:

Continental und das Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und angewandte Oekologie in Münster haben jetzt ihre gemeinsamen Aktivitäten in Sachen nachwachsender Rohstoffe für Reifen der Öffentlichkeit vorgestellt. Offenbar wächst  das  Interesse, dieses Thema  Euch als Kunden näherzubrinen, wenngleich die gewählten Formulierungen wie „Großes Potential für ‚Pusteblume‘ als Nutzpflanze“ (Originaltext Continental) sehr lyrisch formulierte PR ist.

– Wir bleiben weiter gespannt, welche konkreten Reifenerzeugnisse, die gleichermaßen gut im Handling, haltbar, und auch sicher sind, daraus in Zukunft hervorgehen.

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