Geschichte des Reifens Rad und Reifen - otto

Geschichte des Reifens Rad und Reifen
Am Anfang: das Rad
Vor ungefähr 5000 Jahren erfanden die Sumerer das Rad. Erste Raddarstellungen gibt es aus
dem Jahre 2600 vor Christus. Es ist erstaunlich, daß das Rad erst sehr spät weltweite
Verbreitung gefunden hat.
Die frühen Räder waren Holzscheiben mit einem Eisenreifen. Amerika kannte das Rad vor
Christoph Kolumbus nicht.
Was ist eigentlich ein Rad?
Rollkörper, dessen äußerer runder Kranz (Radkranz, Felge) durch Speichen oder einer
Scheibe mit der Nabe verbunden ist; durch diese ist das Rad fest oder drehbar mit der Achse
verbunden (Brockhaus).
Das Rad bringt für das Fahrzeug (Karren, Kutsche, Fahrrad) und insbesondere für die
Reisenden neben offensichtlichen Vorteilen auch erhebliche Nachteile:
•
•
•
•
keine Dämpfung der Straßenunebenheiten
dadurch sehr ermüdend
fahrzeugschädigendes Dauerrütteln
beschränkte Fahrzeuglenkung
Diese Nachteile begrenzen die Fortbewegungsgeschwindigkeit sehr. Schlechte, ungepflasterte
Straßen ließen Verbesserungen am Rad oder der Federung sinnlos erscheinen. Ein Ausweg
ist, das Fahrzeug auf Schienen zu setzen, d.h. das Rad auf einer präparierten Piste rollen zu
lassen. Auf diese Weise kann man auch sehr schwere Lasten fortbewegen.
Geschichte des Reifens Reifenerfindungen
Schienenfahrzeuge
Eisenbahnrad
Noch heute fährt die Eisenbahn auf Stahlrädern und -schienen. Für hohe Geschwindigkeiten
muss man jedoch besondere Investitionen machen:
•
•
•
sensorgesteuerte, sehr aufwendige Federung
noch bessere Gleise (Hochgeschwindigkeitstraßen)
Magnetschwebebahn
Ein Nachteil bleibt dem Eisenbahnrad auch heute noch: das Rad fährt, wohin die Schiene will.
Vom Rad zum Reifen: Zweimal erfunden
Ein persönliches, unabhängiges und schnelles Fortbewegen wurde nur mit der fast
zeitgleichen Erfindung des Automobils und des luftgefederten Reifens möglich. Damals wie
heute beeinflussten sich die Entwicklung des Automobils und die des Reifens gegenseitig.
Am Anfang des vorigen Jahrhunderts wurde auch die Straßenoberfläche verbessert - der
Makadam, die geteerte Oberfläche wurde erfunden.
Die Erfindung des Automobils (und des modernen Fahrrads) bedingte auch, daß die
Erfindung des Reifens nicht ein zweites Mal in Vergessenheit geriet. In der Tat wurde der
(pneumatische) Reifen im Abstand von über 40 Jahren zweimal erfunden.
1846 Erster Reifen
Der erste, der den dürchgerüttelten, müden Reisenden helfen wollte, war der Schotte Robert
William Thomson.
Der 22-jährige Thomson arbeitete in London als unabhängiger Eisenbahn-Ingenieur. Sein am
10. Juni 1846 angemeldetes Patent beschreibt seine Erfindung im Detail und mit
außergewöhnlicher Voraussicht.
Es lohnt, Thomsons Patentanspruch im Original zu lesen:
The nature of my said invention consists in the application of elastic bearings round the tires
of the wheels of carriages, for the purpose of lessening the power required to draw the
carriages, rendering their motion easier and diminishing the noise they make when in motion.
Thomson dachte also insbesondere an drei Reifenfunktionen
1. niedriger Rollwiderstand
2. Vibrationsdämpfung
3. Geräuschverminderung
Geschichte des Reifens The Aerial Wheel
Das erste "Luftrad"
Thomsons Reifen besteht "aus einem hohlen Ring (Schlauch),
bestehend aus luft- und wasserdichtem Material, wie Kautschuk oder Guttapercha,
aufgeblasen mit Luft, wobei der Reifen bei jeder Umdrehung ein Luftkissen bildet zwischen
dem Boden oder der Piste oder der Schiene, auf der er rollt".
Als Eisenbahningenieur dachte Thomson an ebenso viele Anwendungen auf der Schiene wie
auf der Straße.
•
•
Innen: mehrere Lagen Leinen + Gummilösung
Außen: Ledermantel
Thomson kannte die Technologie seiner Zeit außergewöhnlich gut: Nur
sieben Jahre nach der Erfindung der Vulkanisation durch Charles Goodyear 1839 in Amerika
erwähnt er sie ausdrücklich als Mittel, um mit Hilfe der Schwefelvernetzung gummiertes
Leinen herzustellen.
Erster Reifentest: Rollwiderstand
1847 wollte Thomson es genau wissen und testete sein "Luftrad". Dieser Reifen besaß schon
einen vulkanisierten Naturkautschuk als Außenmantel. Im Londoner Regents Park maß er die
Kraft, die nötig war, um eine Kutsche auf zwei verschiedenen Oberflächen zu ziehen. 1849
wurden die Versuche veröffentlicht.
Die Erfindung war nun erprobt und konnte weiter entwickelt werden. Doch es passierte
nichts!
Zwar benutzte Thomson seine "Luftreifen" auf seiner Pferdekutsche und zeigte sie dem
brasilianischen Kaiser, als der 1869 Edinburg besuchte; als Thomson jedoch 1873 starb, war
seine Erfindung vergessen.
15 Jahre später erfand ein anderer Schotte das Rad erneut: John Boyd Dunlop.
Geschichte des Reifens J. B. Dunlops Reifen
Dreirad für Johnnie
Der neue Erfinder war John Boyd Dunlop, Veterinär in Belfast. Sein
zehnjähriger Sohn Johnnie wollte auf seinem, mit Vollgummireifen bestückten Dreirad
schneller und "komfortabler" durch die Straßen Belfasts flitzen. Dunlop bastelte daraufhin
einen Modellreifen: über einen luftgefüllten Gummischlauch spannte er Leinen, das er auf
einem Holzrad befestigte. Dann erprobte er die Konstruktion im Rollversuch im Vergleich mit
dem Vorderrad von Johnnies Dreirad.
Der luftgefüllte Reifen rollte viel weiter als der Vollgummireifen! Nach
diesem erfolgreichen Versuch im Hof baute Dunlop nun zwei Reifen für die Hinterräder des
Dreirads.
Diese zwei Reifen waren auf Holzreifen (Felgen) montiert, die für den folgenden Versuch
über die Vollgummireifen gestülpt wurden.
Heimlich, in der Nacht vom 28. Februar 1888, wurde das
Dreirad ausprobiert. Am nächsten Tag war Johnnie begeistert, und Papa Dunlop beschloß nun
das ganze (Drei)Rad mit richtigen Luftreifen aufzurüsten.
Diese Reifen wurden nicht mehr auf eine Holzzwischenfelge montiert, sondern direkt auf die
Speichenfelge.
Der "Mumien"-Luftreifen war erfunden. Die Art und Weise, wie die gummibeschichteten
Segeltuchlagen um Felge und Schlauch gewickelt wurden, gaben dem Reifen den Namen.
Reifen zum richtigen Zeitpunkt
Man beachte, daß Dunlop mit seinem Reifen das gleiche Resultat erzielen wollte, wie
Thonson 43 Jahre vorher. Diesmal wartete aber ein großer Markt auf die Erfindung:
Das Pedal-Fahrrad, wie wir es kennen, war 1879 erfunden worden, und Carl Benz und
Gottlieb Daimler hatten eben ihr Automobil erprobt (auf Vollgummireifen/1886).
Der "Mumien-Reifen" war fest mit dem Rad verbunden. Jedesmal, wenn der Reifen einen
Platten bekam (was ziemlich häufig geschah), mußte man die Gummilagen mit Benzin lösen
und abwickeln, um an den Schlauch zu kommen. Nachdem der Schlauch geflickt war, mußte
der Reifen wieder auf die Felge gewickelt und der Außenmantel aufgeklebt werden. Nicht
jedermann konnte oder wollte das.
Charles K. Welch war der erste, der eine Lösung zum Patent anmeldete: die erste
Tiefbettfelge.
Geschichte des Reifens Luftreifen-Boom
Weiterentwicklungen
William Bartlett löste einen Monat später das Problem anders.
Er nutzte den Luftdruck, um das verdickte Reifenende (Wulst) in die umgebogene Felge
hineinzudrücken.
Endlich Ersatzreifen
Nun konnte das Geschäft losgehen. Jeder konnte einzelne Reifen,
insbesondere Ersatzreifen, kaufen und leicht selbst montieren.
Zwischen 1890 - 95 wurde der (Fahrrad)-Reifen praktisch bis zur Vollendung entwickelt:
1891: Ventil
Charles Woods erfand 1891 ein Ventil, dessen Prinzip wir heute noch benutzen.
Tausende von Erfindern bemühten sich, zwei große Probleme zu lösen, die dem Reifen noch
anhafteten:
•
•
Druckverlust (Platten)
Karkassenriss
Es gibt zwei Möglichkeiten, den Reifen plattensicher zu machen:
1. Verhindern, daß es zu einem Loch kommt
2. Selbstabdichtung des Loches
"Gepanzerte" Reifen
Über 600 Patente wurden angemeldet, um mittels einer festen Lage zwischen Lauffläche und
Karkasse zu verhindern, daß etwas in den Reifen eindringt. Am häufigsten wurde ein
Stahlband vorgeschlagen. Stahl kann sich jedoch nicht so verformen, wie es in der
abgeplatteten Aufstandsfläche erforderlich ist. Hier kommt es zu einer Verkürzung der
Aufstandsfläche in der Längsrichtung bei gleichzeiter Verschmälerung. Jedwede Form von
Stahlpanzerung erwies sich als nutzlos, weil sich das Band beim Rollen sehr bald loslöste.
Auch das allererste Gürtelreifenpatent fällt in diese Zeit - doch nicht bis zur Produktionsreife
entwickelt.
Selbstabdichtende Innenschicht
Auch die Idee einer selbstabdichtenden Innenschicht war nicht
sehr erfolgreich; die damals benutzten Materialien härteten nach kurzer Zeit aus und konnten
dann ein Loch nicht mehr stopfen. Der schlauchlose Reifen war gleichermaßen erfolglos,
doch die Idee war geboren.
Das Verstärkungsmaterial aller Reifen war bis jetzt gewebtes Leinen gewesen (Dunlop
benutzte Segeltuch), bald wurde es vollständig durch Baumwolle ersetzt.
Sich kreuzende Fäden scheuern durch
Gewebtes Material hat jedoch den Nachteil, daß sich an den
Überkreuzungspunkten die Fäden durchscheuern, wenn sich der Reifen beim Rollen verformt.
Nach einer gewissen Zeit kommt es zum Karkassenbruch. Wieder fanden mehrere Erfinder
fast gleichzeitig die Lösung. Die Fäden wurden nicht mehr gewebt, sondern befanden sich in
verschiedenen Ebenen, jeweils eingebettet in einer Gummilage
Geschichte des Reifens Luftreifen-Boom
Welchs Experimente
Zwei gummierte, sich überkreuzende Baumwollkordlagen brachten eine deutliche
Verbesserung der Lebensdauer und zeigten zudem einen geringeren Rollwiderstand. Welch
experimentierte auch schon mit dem Winkel des Baumwollkords, um eine bestmögliche
Kraftübertragung zwischen Rad und Straße zu erreichen. Laut seinen Patenten sollte der Kord
möglichst tangential zum Felgenrand liegen.
Der Diagonalreifen war geboren, doch es sollte über 20 Jahre dauern, bis sich die getrennten
Gewebelagen durchsetzten.
Ein Kompromiss
Parallele Kettfäden ohne Schussfaden bringen nämlich ein großes Problem mit sich:
ungummiert halten sie nicht zusammen und konnten also nicht verarbeitet werden. Man
braucht also ein aufwendiges Spulengatter, von dem aus man die Fäden in einen
Kalanderspalt führt. Dies bedeutet einen ziemlichen Aufwand und setzt eine Großproduktion
voraus. Wiederum wurde ein Ausweg gesucht und in Form einer teilweisen Rückkehr zum
Schußfaden gefunden: Alle paar Zentimeter hält ein dünner Schussfaden die Kettfäden
zusammen.
Diese Art von Gewebe ergab praktisch die gleiche Lebensdauer, wie die mit Spulengatter
kalandrierten Lagen. Damals wie heute war es das beste Verfahren, und es wird auch heute
noch angewendet.
Geschichte des Reifens Luftreifen-Boom
Das erste Profil
Die bis dahin genutzten Vollgummireifen waren glatt, d.h. sie hatten kein Profil auf der
Lauffläche des Mantels. Die ersten pneumatischen Reifen waren darin nicht anders.
Bei den damaligen Geschwindigkeiten war das Problem nicht so sehr das Durchrutschen der
Aufstandsfläche, sondern mehr das seitliche Abgleiten.
Die Straßen waren damals meistens staubige (oder
verschlammte) Pisten auf dem Lande oder mit Katzenköpfen gepflasterte Straßen in den
Städten. Auf ersteren waren die pneumatischen Reifen wegen ihrer größeren Aufstandsfläche
(kleinerer Bodendruck) sogar im Nachteil gegenüber Vollgummireifen. Auf dem glatten
Granitpflaster waren beide gleich schlecht. Um das seitliche Abrutschen zu verhindern, hatten
die ersten Profile Längsrillen. Nach und nach wurde das Profil detaillierter gestaltet.
Der Reifen ist fertig
Jetzt war der Fahrradreifen war im wesentlichen entwickelt und die Weiterentwicklung
brachte keine neuen Prinzipien. Weiterer Neuerungen wurden nun am PKW-Reifen gemacht,
die jetzt - 1895 - zum ersten Mal erprobt wurden.
Geschichte des Reifens Luftreifen-Boom
PKW-Reifen
Pneumatische Reifen waren die Lösung
Die ersten Wagen hatten Vollgummireifen und fuhren höchstens 20 km/h. Oberhalb dieser
Geschwindigkeit waren die Wagen praktisch nicht mehr lenkbar; zudem vibrierte dann die
Konstruktion so stark, daß es drohte auseinanderzufallen. Beide Probleme half der
pneumatische Reifen zu lösen, und es kam zu einem echten Wechselspiel bei der Entwicklung
von Auto und Reifen.
Die Brüder Michelin
Die ersten, die pneumatische Reifen auf Automobile montierten, waren die Brüder Andre und
Edouard Michelin. Schon 1891 hatte ihr Fahrer im Radrennen Paris-Brest die Vorteile des
Luftreifens bewiesen: Trotz fünf Platten kam er acht Stunden vor dem Zweiten ins Ziel.
Trotzdem war 1895 kein Automobilhersteller bereit gewesen, ihnen ein Fahrzeug für das
Wagenrennen Paris - Bordeaux zur Verfügung zu stellen: sie mußten den ersten "Rennwagen"
erst selber bauen lassen.
Ihr Wagen gewann das Rennen nicht; dank Einsatz aller 24 Ersatzschläuche kam er jedoch
ans Ziel. Übrigens betrug die Durchschnittsgeschwindigkeit des Siegers 24 km/h.
Es ist anzumerken, dass all das, was bis jetzt über Reifen anhand des Fahrradreifens bekannt
war, noch nicht von Autoreifenherstellern genutzt wurde. Wie wir ja wissen, hatten die
Radreifen 1896 schon Kordlagen und eine profilierte Lauffläche. Die ersten Autoreifen hatten
das übliche Leinen und waren glatt.
Goodyear-Anzeige von 1907, mit
dem schlagenden Verkaufsargument dieser Zeit: von der Felge abnehmbare Reifen.
1902: "The King's cars are on solid tires and what is good for him is good for anyone"
Es hat lange gedauert, bis die Autoreifen den technologischen Standard der Fahrradreifen
erreicht hatten und die Vollgummireifen vom Markt verdrängten. Trotzdem waren Luftreifen
nicht billig: Einer Anzeige vom April 1900 können wir entnehmen: "Star" Wagen : 155
Guineas Pneumatische Reifen : 5 Guineas extra Es dauerte über zehn Jahre, bis pneumatische
Reifen sich beim PKW durchsetzten. Für LKW sollte noch ein weiteres Jahrzehnt vergehen.
Bis kurz vor dem ersten Weltkrieg erfolgte keine nennenswerte neue Entwicklung. Doch dann
sind mehrere Punkte erwähnenswert:
1909: Der erste synthetische Kautschuk...
Der hohe Preis von Naturkautschuk führte in Deutschland zu ersten Bemühungen,
synthetischen Kautschuk herzustellen, 1909 erhielt Bayer ein Patent auf Polyisopren, 1910 auf
Methylkautschuk. Aus Methylkautschuk wurden sogar probeweise Reifen hergestellt. Im
ersten Weltkrieg erhielt der Synthesekautschuk durch die Seeblockade und
Naturgummiknappheit gewisse Bedeutung: Batteriekästen für U-Boote wurden daraus
hergestellt, und einige Reifen. Doch Methylkautschuk brauchte Monate bis zur
Polymerisation, das Kunstgummi war nur bei höheren Temperaturen elastisch, riß leicht und
alterte schnell. Erleichtert gab man nach der Einstellung der Blockade (1919) die Produktion
wieder auf. Nur etwa 2350 t hatte man herstellen können.
1912: und der erste Beschleuniger
Kautschuk haftete noch ein wesentlicher Nachteil an: einfach mit Schwefel erhitzt
vulkanisierte er sehr langsam. G. Oenslager von der Diamond Rubber Factory in Akron
gebrauchte als Erster Beschleuniger (1912), das giftige Anilin. Später ersetzte er es durch
weniger giftige Verbindungen, wie Carbamate und Thiazole. Diese fanden schnell
Verbreitung. Ab 1908 wurden auch Phenol und stickstoffhaltige aromatische Verbindungen
als Alterungsschutzmittel eingesetzt.
Geschichte des Reifens Vollgummi- und
Luftreifen
Wärmeentwicklung...
Vollgummireifen zeigten das gleiche Problem wie
Panzerkettenstollen (auch ein Kind des ersten Weltkriegs): sie erhitzten sich und der Gummi
zersetzte sich. Daß Wärmeentwicklung und Deformation im Gummi nicht voneinander zu
trennen sind, wurde erst später richtig verstanden.
Ein Vergleich
Vollgummireifen
keinen Platten, robust
kleine Lenkwinkel
hoher Rollwiderstand, Erhitzung bei extremen
Deformationen / Geschwindigkeiten
geringere Verformung unter Last
einfach zu bauen, billig
Luftreifen
empfindlich gegen Druckverlust
größere Lenkwinkel möglich, bessere
Lenkung des Fahrzeugs
geringer Rollwiderstand, höhere
Deformation / Geschwindigkeiten möglich
Verformung unter Last, bessere Abfederung
kompliziert zu bauen, teuer, Schlauch oder
Seele nötig
Der Reifen ist Stoßdämpfer
Der Übergang von LKW-Vollgummireifen auf pneumatische Reifen reduzierte die
Wärmeentwicklung, weil jetzt die Dicke der Lauffläche geringer war. Bis jetzt waren
Vollgummireifen Standard für LKW gewesen. Erst 1917 fuhr der Akron to Boston Express
auf pneumatischen LKW-Reifen von Goodyear von Massachusetts nach Ohio, etwa 600 km.
Doch der Hauptgrund für die Übernahme des pneumatischen Reifens war seine Funktion als
"Stoßdämpfer". Diese wesentliche Funktion des Reifens kann nicht überbetont werden. Auch
ist die Lenkbarkeit eines Vollgummireifens bei höheren Geschwindigkeiten begrenzt.
Da jetzt die Lasten schwerer wurden, machte man sich auch erstmals richtig Gedanken über
eine andere Funktion des Reifens, die erstaunlicherweise bis jetzt unbeachtet blieb, nämlich:
wie trägt ein Reifen eigentlich seine Last?
Geschichte des Reifens Vollgummi- und
Luftreifen
Haltbarkeit, Komfort
Wir hatten die Tiefbettfelge schon beim Fahrradreifen kennengelernt. Erst spät nach dem
ersten Weltkrieg, Ende der zwanziger Jahre, wurde sie bei PKW allgemein eingeführt.
Autoreifen waren nun Niederdruckreifen mit größerem Querschnitt. Gegenüber den üblichen
Drücken von 6-7 Bar um die Jahrhundertwende betrug der Druck nun 2 - 2.4 Bar. Um aber
die gleiche Last tragen zu können, mußte der Querschnitt erhöht werden, d.h. die Reifen
wurden ballonförmiger, und die Bodenkontaktfläche wurde größer.
Erst jetzt fand bei den Nichtfahrradreifen der Umschwung vom Kreuzgewebe auf
Kordgewebe statt. Diese Reifen waren anfangs bei den Kunden recht unbeliebt: die um den
Faktor drei größere Karkassenhaltbarkeit wurde mit Freude angenommen, jedoch mochten die
Kunden den geringeren Komfort nicht.
Das ist auch verständlich, denn mehr Komfort bedeutet mehr Dämpfung, d.h. Energie wird
intern von der Struktur aufgenommen; bei Kreuzgewebe kann Energie an den
Kreuzungspunkten durch Reibung absorbiert werden (durch Scheuern, mit den fatalen Folgen
für die Karkasse). Die Automobilhersteller bauten nun bessere Stoßdämpfer ein, und das
Problem war gelöst.
Die bessere Karkassenhaltbarkeit führte nun zu einer längere Lebensdauer, die aber nichts
gebracht hätte, hätte man nicht inzwischen auch Wege gefunden, die Laufflächenmischungen
zu verbessern.
Geschichte des Reifens Vollgummi- und
Luftreifen
Schwarze Reifen
Bis etwa 1910 bestand die Mischung nur aus Naturkautschuk und Schwefel und
verschiedenen anderen Zusatzstoffen wie Zinkoxid, Kreide oder ähnlichem. Die Reifen waren
also weißlich bis gelb.
1910 hatte es erste Versuche mit Ruß gegeben, doch erst in den Zwanzigern begann seine
allgemeine Anwendung. Der Ruß war nach dem Flammrußverfahren hergestellt; zwar
erhitzten sich nun die Mischungen mehr, jedoch zeigten die Laufflächen jetzt einen um den
Faktor zehn geringeren Abrieb.
Wie erwähnt, waren erste Beschleuniger und Alterungschutzmittel auch schon bekannt: seit
den zwanziger Jahren gibt es also auch schon Mischungsentwicklung.
Aus dieser Zeit stammen auch erste Einblicke in:
•
•
•
•
Hitzebeständigkeit = f (Rückprallelastizität)
Hochgeschwindigkeitsprüfungen
Profilgestaltung
Lärmverminderung (Pitch Variation)
Auch auf dem Gebiet des Reifenherstellungsprozesses wurden Fortschritte erzielt : so stammt
die heutige Form des Innenmischers aus dieser Zeit.
Bis zu dem zweiten Weltkrieg kam es nicht zu weiteren Innovationen; es war eher ein stetiges
Weiterentwickeln. Erwähnt werden soll aber noch, daß in den dreißiger Jahren erste
luftgefüllte Agrar- und Erdbewegungsreifen produziert wurden.
Das ständige Weiterentwickeln des PKW - Reifens erforderte auch ein besseres Verständnis
des Fahrverhaltens.´Folgende Begriffe wurden nun definiert und untersucht:
•
•
Schräglaufwinkel
Rückstellmoment
•
Seitenkraft
1937 zeigte M. OLLEY (General Motors) den großen Anteil der Reifen beim Übersteuern
und Untersteuern.
Bis zu dem zweiten Weltkrieg waren also wichtige Eigenschaften des Reifens und seines
Fahrverhaltens bekannt; zu drastischen Veränderungen kam es aber erst während oder kurz
nach dem zweiten Weltkrieg.
Geschichte des Reifens Kautschuk-Synthese
Ein wenig Chemie...
In den dreißiger Jahren begann die Produktion von Synthesekautschuk in Deutschland erneut,
Autarkiebestrebungen und strikte Devisenbeschränkungen ließen die Herstellung vorteilhaft
erscheinen. Neue Synthesekautschuke auf der Basis von Butadien, über Natrium polymerisiert
(BUNA), ließen sich schneller produzieren und zeigten günstige Eigenschaften. Polybutadien
mit einem geringen Prozentsatz Styrol (BUNA-S) wurde gezielt für den Einsatz im Reifen
entwickelt. Im zweiten Weltkrieg bekam dieser Industriezweig hohe Bedeutung. Nun begann
auch (1942) die USA wegen der Naturkautschukknappheit ein großes
Entwicklungsprogramm, an dessen Ende die Großsynthese von Styrolbutadien- und
Butylkautschuk stand (GRS und GR). Schon vor Kriegsende wurde die deutsche Produktion
bei weitem überflügelt.
Das neue Material (später SBR und BR genannt) hatte gegenüber NR mehrere Nachteile:
•
•
•
geringere Konfektions-Klebrigkeit erforderte den Gebrauch von Gummilösung
erforderte mehr Energie beim Mastizieren (Zerkleinern) und Mischen
größere Wärmeentwicklung.
Wegen der hohen Wärmeentwicklung konnte der neue Kautschuktyp bei Flugzeug-, LKW
und Erdbewegungs - Reifen und Vollgummirädern leider nicht eingesetzt werden. Obwohl
wegen der erwähnten nachteiligen Eigenschaften die Produktion von SBR in den ersten
Nachkriegsjahren drastisch abnahm, sah man bald, daß das neue Material, richtig eingesetzt,
doch einige Vorteile brachte (bessere Haftung auf nasser Straße). Auch wurde es kurz nach
dem Krieg verbessert (cold Rubber). Heute gibt es eine fast unüberschaubare Typenvielfalt.
Die Großproduktion von GRI - "Government Rubber Isobutylene type" lief jedoch wegen
Rohmateriallieferschwierigkeiten nicht richtig an.
IIR für Schläuche und schlauchlose Reifen
Das Material sollte wegen seiner geringen Luftdurchlässigkeit zum Herstellen von
Schläuchen eingesetzt werden. Stattdessen mußte SBR eingesetzt werden, das jedoch wegen
seiner geringeren Reißfestigkeit zu einem minderwertigen Produkt führte. Heute wird
Butylkautschuk zur Produktion von Schläuchen eingesetzt und seine bromierten oder
chlorierten Derivate als luftundurchlässige Innenseelen bei schlauchlosen Reifen (seit den
sechziger Jahren).
1938: Rayon
Die andere große Neuerung während des Krieges war der Ersatz von Baumwolle durch
Kunstseide (Rayon) oder Nylon. Schon vor dem Kriege waren Reifen mit Rayon in
Entwicklung gewesen, um die Stoßfestigkeit bei LKW Reifen zu verbessern. Im Kriege
jedoch wollte man die höhere Reißfestigkeit des Rayons anders nutzen:
1939: RFL-Ausrüstung
Bei gleicher Reifenfestigkeit konnte man die einzelnen gummierten Kordlagen dünner
machen, um so wertvollen Kautschuk zu sparen. Rayon hatte jedoch einen Nachteil: anders
als Baumwolle, die sich dank ihrer behaarten Oberfläche leicht mit dem Kautschuk verhakt
und so gute Haftung zeigt, hat Rayon wegen seiner ebenen, gleichförmigen Oberfläche eine
schlechte Haftung: es war also nötig, die Kordoberfläche mit einer Mischung aus NR-Latex,
Formaldehyd und Harzen zu beschichten, um so eine gute Haftung zu erreichen (RFL Ausrüstung).
1942: Nylon
Nylon wurde seit 1942 in Flugzeugreifen der US-Airforce eingesetzt. Nylon erlaubte leichtere
Reifen von außergewöhnlicher Stoßfestigkeit. 1947 wurde Nylon allgemein bei Reifen
eingeführt.
Geschichte des Reifens Textilienentwicklung
Stoßfestigkeit
Obwohl Flugzeuglandepisten (dank Beton) immer besser wurden, und Stoßfestigkeit bei
Unebenheiten weniger wichtig wurde, verdrängte Nylon Rayon ganz: mit Nylon konnte man
Flugzeugreifen noch dünner und leichter machen.
Wegen der besseren Stoßfestigkeit ersetzte Nylon Rayon auch in Erdbewegungsreifen.
Die größte Revolution im Reifenaufbau sollte kurz nach dem Krieg kommen.
Wie baut man einen Reifen mit nur halb so großem
Abrieb?
Michelin hatte auf den schweren, vorne getriebenen Citroen-Wagen Probleme mit
übermäßigen Abrieb. Die Aufgabe bestand darin, einen Reifen zu entwickeln, der eine
doppelt so lange Lebensdauer haben sollte wie andere Reifenkonstruktionen. Reifen haben
Abrieb, weil eine Geschwindigkeitsdifferenz zur Straße besteht, auch schräg gegen die
Fahrtrichtung, um Brems-und Antriebskräfte zu übertragen, wie auch Seitenkraft aufzubauen,
die den Wagen um die Kurve drücken kann. Hätte man also einen Reifen, der die gleichen
Seitenkräfte bei kleinerem Schräglaufwinkel hervorruft, so mußte der Abrieb geringer sein.
Michelin meldete die Lösung im Juni 1946 zum Patent an. Zweck der Erfindung war, "einen
äußeren Mantel mit verbessertem Abrieb" zu erhalten.
Stahlgürtel auf Redialkarkasse
Der "Trick" der Erfindung besteht in der Einführung einer halb-rigiden Struktur (bestehend
aus zwei mit Stahlkord verstärkten Lagen) unterhalb der Lauffläche.
Die Karkasse unter den Gürteln muß sehr flexibel sein : sie besteht aus Rayon - Kordgewebe,
wobei der Kord radial von Wulst zu Wulst läuft. Solche Reifen, wo der Karkassenkord also
einen Winkel von 90 Grad zur Umfangsrichtung hat, werden Radialreifen genannt. Eigentlich
wäre der Begriff Gürtelreifen angebrachter, denn das bestimmende Element sind die
Stahlgürtel.
Die Firma Michelin hatte seit langem Erfahrungen mit der Verbindung von Stahl und Gummi.
Seit 1937 hatte sie in (diagonal) LKW- Reifen Stahlkordgewebe in der Karkasse eingesetzt.
Der neue Reifen, der Michelin X (1948), besaß tatsächlich eine zweimal längere Lebensdauer.
Trotzdem waren die ersten Reaktionen der Autofahrer gemischt : das Fahrverhalten eines
Radialreifens war anfangs ungewohnt, zudem die Wagenlenkung ja noch nicht angepaßt war.
"Ein neues Fahrgefühl"
Der Radialreifen spricht sehr schnell auf kleinste Lenkeinschläge an; die spürbare Kontrolle
des Wagens gibt ein Gefühl der Sicherheit, so daß man glaubt, den Wagen auch bei sehr
hohen Geschwindigkeiten zu beherrschen. Dann kann sich allerdings ein Nachteil des
Radialreifens bemerkbar machen : der Wagen bricht ohne Vorwarnung aus, wenn das
Maximum der Seitenkräfte überschritten wird. Der Durchbruch des Radialreifens auf dem
Markt erfolgte erst, als die Wagenlenkung und Aufhängung dem Reifen angepaßt war. Der
erste Wagen dieses Typs war der 1955 eingeführte Citroen DS.
Um das Michelin Patent zu umgehen, brachte Pirelli den Textil - Gürtelreifen, den
CINTURATO, auf den Markt. Heute hat der Radialreifen seinen Siegeszug praktisch
vollendet. Das Prinzip wird von allen Herstellern bei fast allen Reifentypen angewandt. Dem
Diagonalreifen bleiben heute noch einige Nischen.
Geschichte des Reifens Schlauchlose Reifen
Neue Materialien
Der schlauchlose Reifen wurde eingeführt und bald zum Standard für PKW Reifen.
Gleichzeitig wurde die Palette der Synthesekautschuke, Füllstoffe und Zuschläge verfeinert.
Zwar kamen im keine im Prinzip neuen Stoffe hinzu, wohl aber wurde die Auswahl
verbreitert, so daß für jede Anwendung spezielle Rohmaterialien zur Verfügung stehen.
1962 führte Goodyear Polyester als Verstärkermaterial ein, das von nun an neben Nylon und
Rayon an Boden gewann. Glasfaserverstärkte Reifen kamen auf den Markt, konnten sich aber
nicht durchsetzen.
Siebziger Jahre
Kevlar hingegen, seit den Siebzigern erhältlich, hat sich als Verstärkermaterial etabliert.
Vollstahlgürtelreifen für LKW wurden ebenfalls in den siebziger Jahren eingeführt.
Die Ölkrise verschärfte die Suche nach neuen, besser angepaßten Rohmaterialen, kannte doch
so der Reifen leichter ausgelegt und Material gespart werden. Gleichzeitig sinkt der
Rollwiderstand, seit dieser Zeit eine wichtige Forderung.
In den siebziger Jahren wurde der Gürtelreifen zum Standardreifen für PKW, was wiederum
die Entwicklung zum Hochleistungsreifen und Niederquerschnittsreifen begünstigte. Seit den
Siebzigern sind Gürtelreifen auch in den USA üblich.
Stetig gewannen die Gürtelreifen an Terrain, bei LKW und später bei Ackerschlepper-,
Erdbewegungs- und Flugzeugreifen. Im allgemeinen folgte die Entwicklung der schweren
Reifen denen der PKW Reifen mit einingen Jahren Abstand - und einigen Besonderheiten:
Vollstahlgürtelreifen entsprechen den hohen Anforderungen der schweren LKW (hohe Last,
hohe Drücke, lange Lebensdauer). Extra breite Reifen für Ackerschlepper vermeiden unnötige
Komprimierung des Bodens, was das Wachstum der Pflanzen behindert, sie sind
"Ackerschonreifen". Beide wurden in den siebziger Jahren eingeführt.
Geschichte des Reifens 80er und 90er Jahre
Niederquerschnitt
Für PKW kamen mehr und mehr Niederquerschnittreifen auf, um so stärker, als die
ursprünglichen Aquaplaningprobleme bald gelöst werden konnten. Ein Querschnittsverhältnis
von etwa 40 hat sich als "praktische" Untergrenze für PKW herausgestellt. (siehe Bild).
Scharfe Konkurrenz verringerte die Anzahl der unabhängigen Reifenfirmen, eine
Konzentration auf wenige große Firmen setzte ein, die auch heute noch nicht abgeschlossen
ist.
Neben dem Rollwiderstand wurde nun auch Reifenlärm (genauer: seine Verringerung) ein
wichtiges Thema und bald Gegenstand staatlicher Vorschriften. Höhere Geschwindigkeiten
bei LKW, Traktoren und Erdbewegungsreifen waren eine Herausforderung: "Wärmestau" und
auch kleine Unwuchten mußten vermieden werden. Das errreichte man durch die
Optimierung der bestehenden Techniken und eine immer strenger werdende
Qualitätskontrolle.
Neue PKW-Felgensysteme, die ein Abspringen des Reifens von der Felge auch bei extremem
Unterdruck verhindern sollen, wurden vorgeschlagen (Conti CTS, Dunlop TD), konnten sich
aber in einen Markt mit etablierten Normen nicht durchsetzen, ebensowenig wie die Reifen in
mm-Größen (Michelin) wenige Jahre vorher.
Um Gewicht einzusparen, drängte die Autoindustrie dazu, auf den Ersatzreifen zu verzichten.
Ein "platzsparendes Notrad" wurde vom Markt allerdings nicht recht angenommen. So
werden wieder Notlaufsysteme entwickelt, wie der EMT Reifen (Goodyear) mit verstärkten
Flanken, das PAX System (Michelin) mit einem sich selbst verankernden Reifen oder das
CWS (Continental). Beide letztgenannte Systeme beruhen auf einer modifizierten Felge und
einem inneren Stützelement, die das völlige Kollabieren des Reifens verhindern sollen.
In den neunziger Jahren wurde Silikat als Füllstoff (erneut) aufgenommen, da dadurch
Rutschfestigkeit und Rollwiderstand gleichzeitig verbessert werden können.
Geschichte des Reifens Zukunftsaussichten
Das neue Jahrtausend
Neueste Entwicklungen zielen nun auf modifizierte Stärke als Füllstoff, und erproben die
breite Palette der Polymere erneut. Reifenberechnungen durch Finite Element-Methoden, eine
Entwicklung, die schon in Ende der achziger Jahre einsetzte, sind nun, unterstützt durch
rechenstarke Computer und ausgefeilte Materialmodelle, in der Lage, Entwicklungszyklen
spürbar zu verkürzen.
Wie oben schon erwähnt, wird auf Notlaufsysteme wieder verstärkter Wert gelegt.
Ein Ausblick in die Zukunft
Die Reifenindustrie kann als alte, ausgereife Industrie gelten, in der es um Marktanteile mehr
als um Marktausweitung, um Verbesserungen mehr als um radikal neue Erfindungen geht. In
der nahen Zukunft wird der Reifen, wie in den letzten Jahrzehnten, allmählich
weiterentwickelt werden, der Individualverkehr wird sicher weiter zunehmen. Besonders die
Staaten des ehemaligen Ostblocks zeigen großen Nachholbedarf, der Reifenmarkt in China
wächst sehr schnell. Ein großer Teil des Transports wird über die Straße erfolgen.
Innerhalb Europas und den USA wächst die Zahl der gesetzlichen Regelungen, die
Sicherheits- und Umweltstandards absichern sollen.
Für die fernere Zukunft darf man spekulieren: wird der Luftreifen obsolet und durch eine
gefederte Felge mit Gummibelag ersetzt? Werden elektronische Leitsysteme die
Anforderungen an die Reifen auf den Kopf stellen? Wird es doch wieder eine Art von
Schienensystemen geben? Wird ein selbstvulkanisierender Kautschuk auf den Markt
kommen? Wird eine Unterscheidung von Füllstoff und Elastomer noch aufrechtzuhalten nötig
sein? Auf ein hochelastisches Material aber, dauerhaft, mit bester Untergrundhaftung,
inkompressibel, hochfest und optimierbar auf die verschiedensten Ansprüche und Aufgaben
hin, wird man nicht verzichten können.